JPH06342068A

JPH06342068A - 車載用超音波計測装置

Info

Publication number: JPH06342068A
Application number: JP5131745A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和郎佐藤; Mitsuhiro Sakamoto; 光弘坂本; Keiji Kuzutani; 啓司葛谷; Naoji Nakahara; 直司中原; Yasuyuki Aoki; 康幸青木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波を使用して車輌の速度を精度良く検出
できること。【構成】車輪Ｔｙに対して所定の俯角φ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ＴＲ
のドプラー周波数から車輪Ｔｙの回転速度をステップＳ
１９からなる車輪速度演算手段で演算し、車輪速度演算
手段で演算した車輪Ｔｙの車輪速度Ｖo から車速Ｖをス
テップＳ２０からなる速度演算手段で演算することによ
り、路面の影響を受けることなく、車輪Ｔｙの回転速度
を検出することができる。また、タイヤＴｙのトレッド
部Ｔ1 またはサイドウォール部Ｔ3の何れによって検出
してもよい。

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、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あるドプラ
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１１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］、高さをＨ［ｍ］、その放射角度
（俯角）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１１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、到着時間を計
測することで、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】特に、特開昭５９−２０３９７３号公報に
掲載の技術には、轍を使用して道路の小石、雪等が車輪
の荷重で踏み固められた状態で路面からの反射を得る方
法が開示されている。

【００１６】しかし、路面の状態は舗装道路、簡易舗装
道路、舗装のされてない道路等によって、その反射波の
条件が異なり、特定の大きさ以上の小石、凹凸等があっ
たり、前記小石が車輌の進行に伴なって移動したり、小
石を跳ねたりすると、それが誤検出の原因となり、常に
安定した速度が検出できない。また、冠水面等では反射
波そのものが少なく、車速精度が著しく低下していた。

【００１７】そこで、本発明は、超音波を使用して車輌
の速度を精度良く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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる車載用
超音波計測装置は、反射体として路面ではなく、車輪表
面を使用し、車輪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超音波送受波器のド
プラー周波数から車輪の回転速度を演算する車輪速度演
算手段と、車輪速度演算手段で演算した車輪の回転速度
から速度を演算する速度演算手段とを具備するものであ
る。

【００１９】請求項２にかかる車載用超音波計測装置
は、左右の車輪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超音波送受波器のドプ
ラー周波数から左右の車輪の平均回転速度を演算する車
輪速度演算手段と、車輪速度演算手段で演算した車輪の
回転速度から速度を演算する速度演算手段とを具備する
ものである。

【００２０】請求項３にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する反射対象を左右
の車輪のタイヤ表面としたものである。

【００２１】請求項４にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する反射対象を、ブ
レーキディスクの表面としたものである。

【００２２】請求項５にかかる請求項４記載の車載用超
音波計測装置は、前記超音波送受波器を、サスペンショ
ンに取付けたものである。

【００２３】

【作用】請求項１においては、車輪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超
音波送受波器のドプラー周波数から車輪の回転速度を車
輪速度演算手段で演算し、車輪速度演算手段で演算した
車輪の回転速度から速度を速度演算手段で演算すること
により、路面反射率の影響を受けることなく、車輪の回
転速度を検出することができる。また、タイヤのトレッ
ド部またはサイドウォール部の何れによって検出しても
よい。

【００２４】請求項２においては、左右の車輪に対して
所定の俯角傾度を持って超音波を送波し、その反射波を
受波する超音波送受波器のドプラー周波数から左右の車
輪の平均回転速度を演算し、その車輪速度演算手段で演
算した車輪の回転速度から速度を速度演算手段で演算す
ることにより、路面の影響を受けることなく、車輪の回
転速度を検出することができる。また、左右の車輪から
独立した左右の車輪速度を検出でき、車輌の走行状態が
検出できる。

【００２５】請求項３にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する左右の車輪を、
タイヤの表面としたものであり、車体側に取付けた超音
波送受波器で容易に検出できる。

【００２６】請求項４にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する左右の車輪を、
ブレーキディスクの表面としたものであり、ブレーキデ
ィスクの表面は常に滑かな面であるから、反射効率は少
ないが誤差の少い結果が得られる。

【００２７】請求項５においては、請求項４記載の車載
用超音波計測装置を、前記超音波送受波器をサスペンシ
ョンに取付けたものであり、車体の変位に関係なく車輪
速を得ることができる。

【００２８】

【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。

【００２９】〈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。図２はタ
イヤの構成を示す断面の説明図である。

【００３０】図２において、タイヤＴｙは、所定のパタ
ーンに溝を形成し、道路と接触するトレッド部Ｔ1 と、
リムに取付けられるビード部Ｔ4 と、左右側面に位置す
るサイドウォール部Ｔ3 と、トレッド部Ｔ1 とサイドウ
ォール部Ｔ3 との間の位置の両肩に位置するショルダー
部Ｔ2 からなる。

【００３１】図１において、車輌１００の進行方向の逆
方向にＤ［m ］だけ平行し、その水平面に対して俯角φ
を４５度に設定し、車輌１００のホイルハウス内に取付
けた超音波送受波器ＴＲは、２００［KHz ］の超音波振
動を所定の超音波ビーム幅でタイヤＴｙのトレッド部Ｔ
1 に送波し、その反射波を受波するものであり、車輌１
００の進行方向に対して平行する速度Ｖを得るものであ
る。具体的には、超音波送受波器ＴＲは車輌１００のホ
イルハウスの内側の前方にＤ［m ］離れた位置に配設さ
れている。

【００３２】この超音波送受波器ＴＲはそれらを取付台
としての合成樹脂製の各ベース部材にモールドして、各
々一体化している。

【００３３】ここで、車輌１００の進行方向の車速Ｖ
は、タイヤ速度Ｖo とタイヤスリップ率をｋとすると、車速Ｖ＝Ｖo ／（１−ｋ）・・・・・・・・（５）となる。制動時以外はｋ≒０と近似できるため、Ｖ≒Ｖ
o と考えて良い。

【００３４】さらに、車速Ｖ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。

【００３５】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置を使用した車速及びヨーレート等を検出する基本原
理説明図である。

【００３６】図３において、車輌１００の進行方向の逆
方向に平行し、逆方向の水平面に対して俯角φを４５度
に設定し、車輌１００のホイルハウス内に取付けた左側
超音波送受波器ＴＲL は、超音波振動を所定の超音波ビ
ーム幅でタイヤＴyLのトレッド部Ｔ1 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ＶL を得る。右側超音波送受波器Ｔ
ＲR は、左側超音波送受波器ＴＲL と同一特性を持ち、
前者と同様に、超音波振動を所定の超音波ビーム幅でタ
イヤＴyRのトレッド部Ｔ1 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ＶR を得る。

【００３７】図３（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左側超音波送受波器Ｔ
ＲL で速度ＶL を得、左側超音波送受波器ＴＲL と車輌
１００の幅方向に所定距離Ｎ［ｍ］だけ離し、かつ、車
輌１００の進行方向に平行した右側超音波送受波器ＴＲ
R により速度ＶR を得るものである。

【００３８】これら左側超音波送受波器ＴＲL 、右側超
音波送受波器ＴＲR はそれらを取付台としての合成樹脂
製の各ベース部材にモールドして、各々一体化してい
る。そして、図１（ｂ）に示すように、ベース部材は車
輌１００のホイルハウス内に取付けられている。

【００３９】ここで、車輌１００の車速として進行方向
の車速Ｖは、Ｖ＝（ＶR ＋ＶL ）／２・・・・・・・・（６）車輌１００のヨーレートωは、車輌１００の進行方向の
左右輪速度差から ω＝（ＶR −ＶL ）／Ｎ・・・・・・・・（７）となる。

【００４０】同様に、車速の積分、微分を行なうことに
より距離、加速度が演算できる。

【００４１】〈実施例の回路構成〉図４は本発明の実施
例の車載用超音波計測装置として左右タイヤに超音波送
受波器を配設した回路構成図である。

【００４２】図４において、内部に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。左側超音波
送受波器ＴＲL 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は左側超音波送受波器ＴＲL 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は送信時にはツェナー
ダイオードＺＤ1 がオンして左側超音波送受波器ＴＲL
より送信すると同時にツェナーダイオードＺＤ2 のオン
により受信回路の保護を行う。受信時はツェナーダイオ
ードＺＤ1 ，ＺＤ2 がオフとなり受信状態となる。

【００４３】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２００［KH
z ］を入力し、間歇的に２００［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。

【００４４】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、左側超音波送受波器ＴＲL は超音波を発生す
る。

【００４５】送受切替回路３を介して検出された左側超
音波送受波器ＴＲL からの信号は、プリアンプ４で増幅
され、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。

【００４６】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反射波
受信信号の周波数に比例した繰返しパルス数を出力す
る。

【００４７】詳しくは、受信波が間欠的にしか得られな
いため、受信ゲートの開いている間でのみ受信周波数の
検出をＰＬＬ回路１２を使用して行なわせ、受信ゲート
が閉じている間はＶＣＯ回路の入力電圧をホールド状態
にしている。また、ＰＬＬ回路１２の他の役割として受
信周波数を十分な分解能で検出するために、周波数の逓
倍を行なわせている。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】この種の左側超音波送受波器ＴＲL 、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、左側超音波送受波器ＴＲL 、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ＰＬ
Ｌ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。

【００５１】また、他の右側超音波送受波器ＴＲR を用
いた超音波送受信回路３０ＴＲ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、その説明を省略する。

【００５２】図５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。

【００５３】図５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。

【００５４】〈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。

【００５５】左側超音波送受波器ＴＲL からは周波数２
００［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 ］の出力によって左側超音波送受波器ＴＲ
L 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。

【００５６】また、左側超音波送受波器ＴＲL 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、これによって左側超音波送受波器
ＴＲL 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。

【００５７】また、超音波送受信回路３０ＴＲについて
も同様に動作するが、その動作説明は省略する。

【００５８】〈マイクロコンピュータによるメイン制御
動作〉図６及び図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が実行するメインプロ
グラムのフローチャートである。また、図８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９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。

【００５９】また、図１０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とは同一であるので、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も同様に制御される。

【００６０】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６及び図７のメインプロ
グラムの処理を開始する。

【００６１】ステップＳ１で超音波送受信回路２０ＴＲ
及び超音波送受信回路３０ＴＲの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、取付位置Ｄ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。

【００６２】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Ｓ７で超音波送受信回路２０Ｔ
Ｒ、超音波送受信回路３０ＴＲ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１０に示すように、ステップ
Ｓ４からステップＳ７は送信ゲートの開閉をマイクロコ
ンピュータ１の出力端子Ｐ1 の１０［msec］毎に１［ms
ec］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、左側超音波送受波
器ＴＲL 及び右側超音波送受波器ＴＲR の送波入力は出
力ｅ2 のようになる。また、その反射波は左側超音波送
受波器ＴＲL または右側超音波送受波器ＴＲR を介して
出力ｅ3 のようになる。

【００６３】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が同時に制御される。しかし、以降は、超音波送受
信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３０ＴＲ毎に反射波
を入力する予測されたサンプリングスタート時間Ｔs が
異なることから、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送
受信回路３０ＴＲが個々に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、両者に
共通する事項の説明を省略する。

【００６４】ステップＳ８で超音波送受信回路２０ＴＲ
（超音波送受信回路３０ＴＲ）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ＴG 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）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）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）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。

【００６５】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）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）に各超音波送受信回路２０ＴＲ
（超音波送受信回路３０ＴＲ）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Ｓ
１６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３０ＴＲ）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で右側タイヤ速度ＶoRと左側タイヤ速度ＶoL
の速度の演算を行なう。

【００６６】右側タイヤ速度ＶoRと左側タイヤ速度ＶoL
の演算は、ＶoR＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ1 ＶoL＝Ｋ・ｃｏｕｎｔＸ2 但し、ｃｏｕｎｔＸ1 ，Ｘ2 ：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行なう。

【００６７】ステップＳ２０で前記右側タイヤ速度ＶoR
と左側タイヤ速度ＶoLから、式（５）により、右側車速
ＶR と左側車速ＶL は、ＶR ＝ＶoR／（１−ｋ）ＶL ＝ＶoL／（１−ｋ）を演算し、そして、式（６）により、平均車速を得る。
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のヨーレートω、
車輌１００に加わる遠心力等を算出できる。

【００６８】ステップＳ２１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Ｓ２２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
２３で１０msecシーケンス終了フラグＦ10を立て、ステ
ップＳ２４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。

【００６９】〈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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】〈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。

【００７３】このように、本実施例の車載用超音波計測
装置は、左右のタイヤＴyR，ＴyLに対して所定の俯角φ
の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ＴＲR ，ＴＲL と、前記超音波送受波器
ＴＲR ，ＴＲL のドプラー周波数から左右のタイヤＴy
R，ＴyLの平均回転速度を演算する式（５）の処理等を
行なうステップＳ１９からなる車輪速度演算手段と、車
輪速度演算手段で演算したタイヤの回転速度から車速Ｖ
を演算する式（６）の処理等を行なうステップＳ２０か
らなる速度演算手段とを具備するものであり、これを請
求項２の実施例とすることができる。この種の実施例に
おいては、左右のタイヤＴyR，ＴyLの平均によって車速
Ｖを演算するものであるから、それだけ信頼性の高い車
速Ｖが得られる。

【００７４】したがって、タイヤＴyR，ＴyLに対して所
定の俯角φ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ＴＲR ，ＴＲL のドプラー周波数か
らタイヤＴyR，ＴyLの回転速度をステップＳ１９からな
る車輪速度演算手段で演算し、車輪速度演算手段で演算
したタイヤＴyR，ＴyLのタイヤ速度ＶoR，ＶoLから車速
ＶをステップＳ２０からなる速度演算手段で演算するこ
とにより、路面の影響を受けることなく、タイヤＴyR，
ＴyLの回転速度を検出することができる。また、タイヤ
Ｔｙのトレッド部Ｔ1 またはショルダー部Ｔ2 、サイド
ウォール部Ｔ3の何れによって検出してもよい。

【００７５】本実施例では、左右のタイヤＴyR，ＴyLの
回転速度平均から車速Ｖ及び左右のタイヤＴyR，ＴyLの
回転速度からヨートレートが得られ、また、速度の積
分、微分を行なうことにより距離、加速度が演算でき
る。前記実施例のステップＳ２０で車速及びヨー角が得
られ、また、速度の積分、微分を行なうことにより距
離、加速度が演算できる。

【００７６】また、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と
して使用できる。

【００７７】また、タイヤＴyR，ＴyLと超音波送受波器
ＴＲR ，ＴＲL との関係は、超音波送受波器ＴＲR ，Ｔ
ＲL をタイヤＴyR，ＴyLの前方に配設すれば、タイヤＴ
yR，ＴyLが巻込んだりした小石等が超音波送受波器ＴＲ
R ，ＴＲL に衝突したり、水滴、泥水等が付着し難い。

【００７８】なお、超音波送受波器ＴＲR ，ＴＲL は、
ホイルハウス内に限定されるものでなく、タイヤＴyR，
ＴyLに超音波が送波できる個所であれば車体の何れの位
置でもよい。

【００７９】また、上記実施例は、超音波送受波器ＴＲ
R ，ＴＲL で超音波を送波し、その反射波を受波する左
右のタイヤＴyR，ＴyLは、タイヤＴyR，ＴyLの表面とし
たものであるが、本発明を実施する場合には、タイヤＴ
yR，ＴyLの表面をブレーキディスクの表面とすることも
できる。ブレーキディスクの表面は常に平面であり、適
当に表面は超音波を反射し、また、ブレーキディスクの
表面が汚れることはないから、雑音の介在する可能性が
少なくなる。

【００８０】特に、超音波送受波器ＴＲR ，ＴＲL を、
車輌のサスペンションに取付けたものでは、車高の変化
の影響を受けることなく、その検出が可能となる。

【００８１】上記実施例では左右のタイヤＴyR，ＴyLの
回転から車速Ｖを得るものであるが、本発明を実施する
場合には、左右のタイヤＴyR，ＴyLの一方で車速Ｖの検
出をすることもできる。

【００８２】即ち、タイヤＴｙに対して所定の俯角φの
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ＴＲと、前記超音波送受波器ＴＲのドプラ
ー周波数からタイヤＴｙの回転速度を演算する式（５）
の処理等を行なうステップＳ１９からなる車輪速度演算
手段と、前記車輪速度演算手段で演算したタイヤＴｙの
回転速度から車速Ｖを演算する式（６）の処理等を行な
うステップＳ２０からなる速度演算手段とを具備するも
ので、これを請求項１の実施例とすることができる。

【００８３】ところで、上記実施例では、左側超音波送
受波器ＴＲL 、右側超音波送受波器ＴＲR によって車輌
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、超音波送受信回路２０ＴＲ、超音波送受信回路３
０ＴＲ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
送受信回路を、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。

【００８４】そして、上記実施例では、タイヤＴyR，Ｔ
yLまたはブレーキディスクの回転を検出する事例を説明
したが、本発明を実施する場合には、雑音が発生し難い
回転から車速Ｖを検出するものであるから、車輪のタイ
ヤ、ブレーキディスク、タイヤホイール等の何れに超音
波を照射させるようにしてもよい。

【００８５】なお、上記発明の実施例では、車速Ｖ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。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の車載用
超音波計測装置においては、車輪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超音
波送受波器のドプラー周波数から車輪の回転速度を車輪
速度演算手段で演算し、車輪速度演算手段で演算した車
輪の回転速度から速度を速度演算手段で演算することに
より、路面の影響を受けることなく、車輪の回転速度を
検出することができる。

【００８７】したがって、車輪の回転速度を車輪速度演
算手段で演算し、車輪速度演算手段で演算した車輪速度
を速度演算手段で演算することにより、路面の影響を受
けることなく車速が検出できる。また、車速の積分、微
分を行なうことにより距離、加速度が演算できる。

【００８８】請求項２の発明の車載用超音波計測装置に
おいては、左右の車輪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超音波送受波器
のドプラー周波数から左右の車輪の平均回転速度を演算
し、その車輪速度演算手段で演算した車輪の回転速度か
ら速度を速度演算手段で演算することにより、路面の影
響を受けることなく、車輪の回転速度を検出することが
できる。また、左右の車輪から独立した左右の車輪速度
を検出でき、信頼性の高い車速が検出できる。特に、右
左の超音波送受波器から得られた車速の平均により車輌
の進行方向の速度、即ち、車速または加速度を検出し、
左右の超音波送受波器との速度差と、その間の距離によ
ってヨーレートを得ることもでき、また、その軌跡をト
レースすることができ、計測装置及び制御装置に使用で
きる。

【００８９】請求項３にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する左右の車輪を、
タイヤの表面としたものであり、車体側に取付けた超音
波送受波器で容易に検出できる。また、この様にタイヤ
表面を使用することで、タイヤサイズ、空気圧等の変化
によらず、路面に対する移動速度を検出することができ
る。

【００９０】請求項４にかかる請求項１または請求項２
記載の車載用超音波計測装置は、前記超音波送受波器で
超音波を送波し、その反射波を受波する左右の車輪を、
ブレーキディスクの表面としたものであり、ブレーキデ
ィスクの表面は常に滑かな面であるから、反射効率は少
ないが誤差の少い結果が得られる。

【００９１】請求項５の発明のにおいては、請求項４記
載の車載用超音波計測装置を、前記超音波送受波器をサ
スペンションに取付けたものであり、車体の変位に関係
なく車輪速を得ることができる。

【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
の基本原理説明図である。

【図２】図２はタイヤの構成を示す断面の説明図であ
る。

【図３】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
を使用して車速及びヨーレート等を検出する基本原理説
明図である。

【図４】図４は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成図である。

【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メインプログラムの
一部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８】図８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９】図９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１０】図１０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１１】図１１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，ＴＲL ，ＴＲR 超音波送受波器ＴｙタイヤＴyR 右側タイヤＴyL 左側タイヤ２０ＴＲ，３０ＴＲ超音波送受信回路１００車輌

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中原直司愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者青木康幸愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪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超音波送受波器
と、前記超音波送受波器のドプラー周波数から車輪の回転速
度を演算する車輪速度演算手段と、車輪速度演算手段で演算した車輪の回転速度から速度を
演算する速度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。
【請求項２】左右の車輪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超音波送受
波器と、前記超音波送受波器のドプラー周波数から左右の車輪の
平均回転速度を演算する車輪速度演算手段と、車輪速度演算手段で演算した車輪の回転速度から速度を
演算する速度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。
【請求項３】前記超音波送受波器で超音波を送波し、
その反射波を受波する左右の車輪は、タイヤの表面とし
たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車
載用超音波計測装置。
【請求項４】前記超音波送受波器で超音波を送波し、
その反射波を受波する左右の車輪は、ブレーキディスク
の表面としたことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の車載用超音波計測装置。
【請求項５】前記超音波送受波器は、サスペンション
に取付けたことを特徴とする請求項４に記載の車載用超
音波計測装置。