JPH06230122A - 車載用超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波を使用して車速以外の車輌の状態を検
出できること。 【構成】 超音波送受波器ＴＲ１側で検出した車速ベク
トルＶ1 、超音波送受波器ＴＲ２側で検出した車速ベク
トルＶ2 、超音波送受波器ＴＲ３側で検出した車速ベク
トルＶ3 は、合成することによって車輌の進行方向とそ
の垂直方向の二次元速度成分とすることができ、この二
次元速度成分によって、車輌の進行方向の速度Ｖx 及び
車輌の進行方向に対する垂直方向の速度Ｖy を得ること
ができる。また、これによってヨー角、その角の変化速
度を求めることによりヨーレート、速度ベクトルの積
分、微分を行なうことにより、距離、加速度が演算で
き、車輌１００の中心軸を中心とする回転速度、及びそ
の微分の角加速度を演算することもできる。

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、車速検出装置、横滑り防止装
置、ＡＢＳ装置、サスペンション装置、遠心力検出装
置、ヨー角、ヨーレート検出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、車速を計測
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、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】即ち、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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】特に、前記公報に掲載の技術は、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
が打消された車速を検出している。また、垂直成分のみ
を検出して車高としている。

【００１３】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
を検出している。

【００１４】

【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。

【００１５】しかし、この種の超音波を使用して車輌の
動きを測定する車載用超音波計測装置は、車速、車高等
を測定することができるものの、その車速成分を測定し
ているにもかかわらず、その使途が車速、車高等に限ら
れていた。

【００１６】そこで、超音波を使用して車輌の状態を二
次元速度から検出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。

【００１７】

【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、特定の中心の回りの水平平面上で互
いに１２０度離間し、路面に対して所定の角度だけ傾度
を持って超音波を送波し、路面からの反射波を受波して
車輌に取付けられた３個の超音波送受波器によって３方
向の速度を検出し、それらをベクトル合成して二次元速
度を演算するものである。

【００１８】

【作用】この発明においては、３個の超音波送受波器を
特定の中心の回りの水平平面上で互いに１２０度離間さ
せ、路面に対して所定の俯角傾度を持って超音波を送波
し、路面からの反射波を受波する。その３個の超音波送
受波器によって３方向の速度を検出し、それらをベクト
ル合成して車輌の進行方向及び車輌の進行方向に対して
垂直方向の成分の速度または加速度、ヨー角、ヨーレー
ト等を得る。

【００１９】

【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。

【００２０】〈基本的原理〉図１は本発明の実施例の車
載用超音波計測装置の基本原理説明図である。

【００２１】図１において、車輌１００の進行方向に平
行し、進行方向に対して俯角を４５度に設定した超音波
送受波器ＴＲ１は、２００［KHz ］の超音波振動を所定
の超音波ビーム幅で路面に送波し、その反射波を受波す
るものであり、車輌１００の進行方向に対して平行する
速度ベクトルＶ1 を得るものである。具体的には、超音
波送受波器ＴＲ１は車輌１００の前方中央に配設してい
る。超音波送受波器ＴＲ２は、超音波送受波器ＴＲ１と
同一特性を持ち、所定の超音波ビーム幅で超音波を路面
に送波し、その反射波を受波するものであり、図１
（ａ）に示すように、車輌１００の進行方向に対して平
行して配設した超音波送受波器ＴＲ１に対して１２０度
角変位した位置に配設し、路面に対して俯角を４５度に
設定されており、速度ベクトルＶ2 を得るものである。
同様に、超音波送受波器ＴＲ３は、超音波送受波器ＴＲ
１と同一特性を持ち、所定の超音波ビーム幅で超音波を
路面に送波し、その反射波を受波するものであり、車輌
１００の進行方向に対して平行して配設した超音波送受
波器ＴＲ１に対して−１２０度角変位した位置に配設さ
れ、路面に対して俯角を４５度に設定されており、速度
ベクトルＶ3 を得るものである。これら超音波送受波器
ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３
はそれらを合成樹脂製のベース部材Ｂでモールドして一
体化している。そして、図１（ｂ）に示すように、ベー
ス部材Ｂは車輌１００の下面に取付けられている。ま
た、この実施例の超音波送受波器ＴＲ１と超音波送受波
器ＴＲ２の超音波照射点間距離はＬ［ｍ］である。

【００２２】なお、このベース部材Ｂは車輌１００の回
転中心Ｚo 上に取付けた場合には、ヨーレート等の演算
が簡単となる。

【００２３】ここで、車輌１００の進行方向に対して平
行する速度ベクトルＶx 、その垂直方向（横方向）の速
度ベクトルＶy をベクトル合成によって演算すると、例
えば、車輌１００の二次元速度として、進行方向に対し
て平行する速度ベクトルＶx は、 速度ベクトルＶx ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋Ｖ3 ）／２ ・・・・・・・（５） 車輌１００の横方向速度の速度ベクトルＶy は、 速度ベクトルＶy ＝（Ｖ2 −Ｖ3 ）／√３ ・・・・・・・（６） 車輌１００のヨーレートωは、 ω＝２（Ｖ2 −Ｖ3 ）／Ｌ ・・・・・・（７） となる。

【００２４】同様に、速度ベクトルの積分、微分を行な
うことにより距離、加速度が演算できる。

【００２５】〈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。

【００２６】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ＴＲ１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ＴＲ１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
ＺＤ1 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ＴＲ１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。

【００２７】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。

【００２８】したがって、マイクロコンピュータ１が間
歇的な出力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ＴＲ１は超音波を発生する。

【００２９】送受切替回路３を介して検出された超音波
送受波器ＴＲ１からの信号は、プリアンプ４で増幅さ
れ、車速等の速度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。

【００３０】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。

【００３１】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ＰＬ
Ｌ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。

【００３２】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。

【００３３】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Ａ3in に入力されている。

【００３４】この種の超音波送受波器ＴＲ１、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ＴＲ１、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。

【００３５】また、他の超音波送受波器ＴＲ２を用いた
超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受波器ＴＲ３を用
いた超音波送受信回路４０ＴＲについても同様の回路構
成からなっている。なお、具体的回路構成の説明は重複
するので、ここではその説明を省略する。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】〈回路構成の全体基本的動作〉超音波送受
信回路２０ＴＲ及び超音波送受信回路３０ＴＲ及び超音
波送受信回路４０ＴＲは次のように動作する。なお、基
本的動作は超音波送受信回路２０ＴＲと超音波送受信回
路３０ＴＲ及び超音波送受信回路４０ＴＲは同一である
ので、ここでは超音波送受信回路２０ＴＲを中心に説明
するが、当然、超音波送受信回路３０ＴＲ及び超音波送
受信回路４０ＴＲも同様に共通に制御されたり、独立に
制御されたりする。

【００３９】超音波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器Ｔ
Ｒ２、超音波送受波器ＴＲ３からは周波数２００［KHz
］、継続時間１［msec］のバースト波を１０［msec］
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２００
［KHz ］の出力によって超音波送受波器ＴＲ１、超音波
送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３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。

【００４０】この際、超音波送受波器ＴＲ１、超音波送
受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３の超音波出力は、
同時に行なう場合と時分割で行なう場合がある。本実施
例の場合は、その開きが１２０度であり、相互干渉の可
能性が低いことから、同時に超音波送受波器ＴＲ１と超
音波送受波器ＴＲ２と超音波送受波器ＴＲ３から出力し
ている。

【００４１】また、超音波送受波器ＴＲ１（超音波送受
波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３）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ＴＲ１（超音
波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３）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。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。

【００４２】また、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲについても同様に動作するが、その
動作説明は重複するので省略する。

【００４３】〈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。

【００４４】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。なお、
基本的動作は超音波送受信回路２０ＴＲと超音波送受信
回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲの動作は同一
であるので、ここでは超音波送受信回路２０ＴＲを中心
に動作説明するが、当然、超音波送受信回路３０ＴＲ、
超音波送受信回路４０ＴＲも同様に制御される。

【００４５】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。

【００４６】ステップＳ１で超音波送受信回路２０Ｔ
Ｒ、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０
ＴＲで使用する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１００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２
８０［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。

【００４７】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
で待機し、以降の処理を１０［msec］毎に行なう。１０
msecシーケンス終了フラグＦ10が降りると、ステップＳ
５でスイッチングトランジスタ６をオンとして超音波送
受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲの送信ゲートを開き、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Ｓ
７で超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０
ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲの送信ゲートを閉じ
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［msec］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ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ
３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ＴＲ１または超音波送受波器ＴＲ
２、超音波送受波器ＴＲ３を介して出力ｅ3のようにな
る。

【００４８】なお、ここまでは、超音波を送波する場
合、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０
ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲが同時に制御される。
以降は、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路
３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲが個々のプログラ
ムで制御されるものであるが、本実施例では、説明が煩
雑になるのを防止するため共通に説明する。

【００４９】ステップＳ８で超音波送受信回路２０ＴＲ
（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０Ｔ
Ｒ）毎に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各受信ゲートスタート時間Ｔ
G の到来をステップＳ１０で待つ。各受信ゲートスター
ト時間ＴG が到来したとき、ステップＳ１１で超音波送
受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音波
送受信回路４０ＴＲ）毎の各受信ゲートを開とし、ステ
ップＳ１２で０．５［msec］だけ受信ゲートをオンとし
た後、ステップＳ１３で受信ゲートをオフとし、ステッ
プＳ１４の処理に入る。即ち、ステップＳ８からステッ
プＳ１３では、各超音波送受信回路２０ＴＲ（超音波送
受信回路３０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲ）毎の各
受信ゲートスタート時間ＴG の到来を判断し、各超音波
送受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音
波送受信回路４０ＴＲ）に対応して、反射してくる超音
波を通過させる受信ゲートを開閉するものである。

【００５０】そして、ステップＳ１４で主演算制御回路
１０１が内蔵するカウンタCOUNT1（カウンタCOUNT2，CO
UNT3）のゲートを開とし、ステップＳ１５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Ｔs 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
（Ａ／Ｄコンバータの端子Ａ1in ，Ａ2in ）に各超音波
送受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３０ＴＲ、超音
波送受信回路４０ＴＲ）毎の信号を入力し、到来する信
号のサンプリングを行なう。各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Ｓ１６で
サンプリング許可フラグＦs を降ろす。ステップＳ１７
においてメインタイマＴでカウンタのゲートの開の時間
が、各超音波送受信回路２０ＴＲ（超音波送受信回路３
０ＴＲ、超音波送受信回路４０ＴＲ）毎の受信ゲートス
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Ｓ１８で読込み及びカウンタの
ゲートを閉じ、ステップＳ１９で二次元速度の演算等を
行なう。

【００５１】各速度Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 の演算は、 Ｖ1 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ1 Ｖ2 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ2 Ｖ3 ＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ3 但し、ｃｏｕｎｔＸ1 ，Ｘ2 ，Ｘ3 ：カウンタの係数値 Ｋ：大気温度によって決定される係数 として、前記式（５）乃至（７）を用いて二次元速度の
演算を行なう。また、速度ベクトルの積分、微分を行な
うことにより、距離、加速度が演算でき、車輌１００の
横方向速度Ｖy 、車輌１００のヨーレートω、車輌１０
０に加わる遠心力等を算出できる。当然、車輌１００の
重心を通る中心軸を中心とする回転角速度、即ち、ヨー
レートを演算することもできる。

【００５２】ステップＳ２０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Ｓ２１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Ｓ
２２で１０msecシーケンス終了フラグＦ10を立て、ステ
ップＳ２３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。

【００５３】〈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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】〈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。

【００５７】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ＴＲ１と、特定の中心の回りの水平平
面上で互いに±１２０度離間し、超音波送受波器ＴＲ１
と同様に、路面に対して所定の俯角傾度を持って超音波
を送波し、路面からの反射波を受波して車輌１００に取
付けられた超音波送受波器ＴＲ２及び超音波送受波器Ｔ
Ｒ３からなる３個の超音波送受波器と、前記３個の超音
波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受
波器ＴＲ３によって３方向の速度を検出し、それらをベ
クトル合成して二次元速度を演算するステップＳ１９か
らなる演算手段とを具備するものである。

【００５８】したがって、超音波送受波器ＴＲ１側で検
出した車速ベクトルＶ1 、超音波送受波器ＴＲ２側で検
出した車速ベクトルＶ2 、超音波送受波器ＴＲ３側で検
出した車速ベクトルＶ3 は、ベクトル合成することによ
って車輌１００の進行方向とその垂直方向の二次元速度
成分とすることができ、この二次元速度成分によって、
車輌１００の進行方向の速度Ｖx 及び車輌１００の進行
方向に対する垂直方向の速度Ｖy を得ることができる。
また、これによってヨー角、その角の変化速度を求める
ことによりヨーレート、速度ベクトルの積分、微分を行
なうことにより距離、加速度が演算でき、車輌１００の
中心軸を中心とする回転速度、及びその微分の角加速度
を演算することもできる。

【００５９】よって、得られた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の移動距離及び移動方
向の補正、車輌速度及び横方向の速度等の速度検出装
置、横滑り防止装置、ヨーレート補正したり左右の車輪
の回転差を補正したＡＢＳ装置、ヨーレート補正したり
左右の車輪側の路面と車輌との車高を調整するサスペン
ション装置等の各種速度情報を使用する計測装置及び制
御装置に使用できる。

【００６０】ところで、上記実施例では、３個の超音波
送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波
器ＴＲ３によって３方向の車輌速度を検出しているが、
本発明を実施する場合には、音速は車速に対して無視で
きる程度に速くないため、送受波総合の利得を上げよう
として、超音波ビーム幅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るから、このとき
には、低速走行時の速度の測定用に超音波送受波器、ま
た、高速走行時の速度の測定用に超音波受波器で反射波
を受波するようにしてもよく、また、３個の超音波送受
波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器Ｔ
Ｒ３の各々が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。また、特
に、車輌の走行方向に平行する速度を検出する超音波送
受波器を、２個の超音波送受波器と超音波送受波器また
は超音波送受波器と超音波受波器とし、車速に応じて反
射波を受波する位置を変えると、信頼性の高い速度が得
られる。

【００６１】そして、本発明の実施例では、３個の超音
波送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受
波器ＴＲ３の１個を車輌の進行方向に一致させて取付け
ているが、本発明を実施する場合には、ベクトル合成に
よって速度を演算するものであるから、いずれの超音波
送受波器ＴＲ１、超音波送受波器ＴＲ２、超音波送受波
器ＴＲ３も車輌の進行方向に一致していない場合でも、
車輌の進行方向とその垂直方向の二次元速度成分にベク
トル合成することにより、車速の検出を行なうことがで
きる。しかし、いずれかの超音波送受波器ＴＲ１、超音
波送受波器ＴＲ２、超音波送受波器ＴＲ３を車輌の進行
方向に一致させれば、そのベクトル合成によって二次元
速度成分を演算する演算速度が速くなる。

【００６２】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
置及び制御装置に使用できる。

【００６３】

【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、特定の中心の回りの水平平面上で互いに１
２０度離間し、路面に対して所定の俯角傾度を持って超
音波を送波し、路面からの反射波を受波して車輌に取付
けられた３個の超音波送受波器によって３方向の速度を
検出し、それらをベクトル合成して二次元速度を演算手
段で演算するものである。

【００６４】したがって、３個の超音波送受波器で検出
した車速ベクトルは、合成することによって車輌の進行
方向とその垂直方向の二次元速度成分とすることがで
き、この二次元速度成分によって、車輌の進行方向の速
度及び車輌の進行方向に対する垂直方向の速度を得るこ
とができる。また、これによってヨー角、ヨーレートの
演算もできる。更に、速度ベクトルの積分、微分を行な
うことにより、距離、加速度が演算でき、また、その軌
跡がトレースでき、計測装置及び制御装置に使用でき
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
の基本原理説明図である。

【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】

ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３ 超音波送受波器 １１ 受信レベル検出回路 １２ 周波数検出用ＰＬＬ回路 ２０ＴＲ 超音波送受信回路 ３０ＴＲ 超音波送受信回路 ４０ＴＲ 超音波送受信回路 １００ 車輌

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定の中心の回りの水平平面上で互いに
   １２０度離間し、路面に対して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車輌に取付けら
   れた３個の超音波送受波器と、 前記３個の超音波送受波器によって３方向の速度を検出
   し、それらをベクトル合成して二次元速度を演算する演
   算手段とを具備することを特徴とする車載用超音波計測
   装置。