JPH07260931A - 車載用超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、
常に正確な車速が検出できる。 【構成】 超音波信号を超音波送波器ＵＴから路面に送
波し、その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波し
て、その受波した信号を増幅し、その増幅信号から反射
波周波数を得る車載用超音波計測装置において、前記超
音波送波器ＵＴから路面に送波する超音波は路面上で収
束するビーム状とし、その路面から反射する反射波を前
記超音波送波器ＵＴの中心を通る直線状の車両の進行方
向位置と反進行方向位置との１個所以上の位置に配設し
た超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波し、低反射率路面であ
っても、車両の進行に伴なうドップラーシフトを含んだ
周波数が得られ、１個所以上の超音波受波器Ｒ１，Ｒ２
の和の平均によって車速が得られる。

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、車高検出装置等の各
種速度情報を使用する計測装置に関するもので、特に、
車両に積載して使用され、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】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、特開平１−３１４
９８７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、これらの技術では連続的に超音波の
送受信を行なっているため、反射体の特定ができず多重
反射波等のノイズ除去が困難であった。

【０００４】そして、この種の超音波を使用した別の速
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、特定の反射物体である路面から反射
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。更
に、この種の車載用車速計測装置としては、特開平３−
２６９３８８号公報に掲載の技術がある。

【０００５】この技術は、送受波器から車両の前方向或
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、車両前方の路
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。

【０００６】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、反射波が受信
されるまでの時間を計測することで車高を検出してい
る。

【０００７】このようにして、超音波を用いて車両の走
行時の前方路面の突起等が検出され、かつ、車高、車速
等を検出している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この種の超音波を路面
に送波し、その路面からの反射波を受波する車載用車速
計測装置は、車輪速から車両速度を検出するスピードセ
ンサに比較して、車輪の空気圧及び積荷、タイヤサイ
ズ、スリップ等の影響を受けることなく車速検出でき、
信頼性の高い車速が得られる。しかし、車両が冠水路面
の走行になると冠水路面から巻起す水飛沫によって、正
確に路面の検出が行ない難くなり、又、低速時には路面
からの反射波そのものが減少し、精度低下の要因になっ
ていた。この現象は、冠水路面等での低反射波の場合で
も有効な反射波が得られるようにするとともに水飛沫の
みならず、泥水の飛沫、雪、砂、塵埃についても同様の
結果をもたらす。

【０００９】そこで、本発明は、冠水路面から巻起す水
飛沫の影響を除去し、常に正確な車速が検出できる車載
用車速計測装置の提供を課題とするものである。

【００１０】

【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、超音波信号を超音波送波器から路面
に送波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その
受波した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数
を得る車載用超音波計測装置において、前記超音波送波
器から路面に送波する超音波は、路面上で収束するビー
ム状としたものである。

【００１１】請求項２にかかる車載用超音波計測装置
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記超音波送波器から路面に送
波する超音波は路面上で収束するビーム状とし、その路
面から反射する反射波を前記超音波送波器の中心を通る
直線状の車両の進行方向位置と反進行方向位置との１個
所以上の位置に配設した超音波受波器で受波するもので
ある。

【００１２】請求項３にかかる車載用超音波計測装置
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記超音波送波器から路面に送
波する超音波は路面上で収束するビーム状とし、その路
面から反射する反射波を前記超音波送波器の中心を通る
直線状の車両の進行方向に対する垂直方向の１個所以上
の位置に配設した超音波受波器で受波するものである。

【００１３】請求項４にかかる車載用超音波計測装置
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波面を凹状に彎曲させたものであ
る。

【００１４】請求項５にかかる車載用超音波計測装置
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波面をフレネルレンズ状としたも
のである。

【００１５】請求項６にかかる車載用超音波計測装置
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波反射面を凹状に彎曲させたもの
である。

【００１６】請求項７にかかる車載用超音波計測装置
は、前記請求項１乃至請求項６に記載の超音波信号を路
面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送波
し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器とした
ものである。

【００１７】請求項８にかかる車載用超音波計測装置
は、前記請求項１乃至請求項６に記載の超音波信号を路
面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送波
し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器とし、
車高を前記超音波送受波器から路面に送波し、その反射
波を受波する時間により得るものである。

【００１８】請求項９にかかる車載用超音波計測装置
は、前記請求項２または請求項３に記載の超音波信号を
路面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送
波し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器と
し、車高を前記超音波送受波器から路面に送波し、その
反射波を受波する時間により演算し、前記超音波受波器
が反射波を受波する入射角度を得るものである。

【００１９】

【作用】請求項１においては、超音波信号を超音波送波
器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で受波
して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号から反
射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、前記
超音波送波器から路面に送波する超音波を、路面上で収
束するビーム状とすることにより、低反射率路面であっ
ても、ドップラーシフトを含んだ周波数が得られる。特
に、路面上で収束させることで、反射波がより一様に乱
反射するようになる。

【００２０】請求項２においては、超音波信号を超音波
送波器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で
受波して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号か
ら反射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、
前記超音波送波器から路面に送波する超音波を路面上で
収束するビーム状とし、その路面から反射する反射波を
前記超音波送波器の中心を通る直線状の車両の進行方向
位置と反進行方向位置との１個所以上の位置に配設した
超音波受波器で受波し、低反射率路面であっても、車両
の進行に伴なうドップラーシフトを含んだ周波数が得ら
れ、１個所以上の超音波受波器の和の平均によって車速
が得られる。

【００２１】請求項３においては、超音波信号を超音波
送波器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で
受波して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号か
ら反射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、
前記超音波送波器から路面に送波する超音波は路面上で
収束するビーム状とし、その路面から反射する反射波を
前記超音波送波器の中心を通る直線状の車両の進行方向
に対する垂直方向の１個所以上の位置に配設した超音波
受波器で受波し、低反射率路面であっても、車両の進行
に対する横方向のドップラーシフトを含んだ周波数が得
られ、１個所以上の超音波受波器の和の平均によって横
方向速度が得られる。

【００２２】請求項４においては、超音波信号を超音波
送波器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で
受波して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号か
ら反射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、
前記路面に超音波を送波する超音波送波器の超音波送波
面が凹状に彎曲する形状を有し、超音波送波器から路面
に送波する超音波を路面上で収束するビーム状とするこ
とができる。

【００２３】請求項５においては、超音波信号を超音波
送波器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で
受波して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号か
ら反射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、
前記路面に超音波を送波する超音波送波器の超音波送波
面をフレネルレンズ状とし、超音波送波器から路面に送
波する超音波を路面上で収束するビーム状とすることが
できる。

【００２４】請求項６においては、超音波信号を超音波
送波器から路面に送波し、その反射波を超音波受波器で
受波して、その受波した信号を増幅し、その増幅信号か
ら反射波周波数を得る車載用超音波計測装置において、
前記路面に超音波を送波する超音波送波器の超音波送波
反射面が凹状に彎曲する形状を有し、超音波送波器から
路面に送波する超音波を路面上で収束するビーム状とす
ることができる。

【００２５】請求項７においては、前記請求項１乃至請
求項６に記載の超音波信号を路面に送波する超音波送波
器を、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射波を
受波する超音波送受波器とすることにより、送波から反
射波の受波までのタイミングを得ることができる。

【００２６】請求項８においては、前記請求項１乃至請
求項６に記載の超音波信号を路面に送波する超音波送波
器を、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射波を
受波する超音波送受波器とし、車高を前記超音波送受波
器から路面に送波し、その反射波を受波する時間により
得るものであり、車高変化が１台の超音波送受波器によ
って検出できる。

【００２７】請求項９においては、前記請求項２または
請求項３に記載の超音波信号を路面に送波する超音波送
波器を、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射波
を受波する超音波送受波器とし、車高の変動を前記超音
波送受波器から路面に送波し、その反射波を受波する時
間により演算し、前記超音波受波器が反射波を受波する
入射角度を得るものであり、車高変動によって発生する
車速の誤差を補正することができる。

【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】〈基本的動作説明〉一般に、円形ピストン
状の超音波振動面から放射される音波の指向性は、空気
中での波長＝λ、超音波振動子半径＝ａ、位相定数ｋ＝
２π／λとすれば、指向性Ｙは２Ｊ1(x)／Ｘの絶対値で
示される。但し、Ｘ＝ｋａ・ｓｉｎθ及びＪ1 はベッセ
ル関数である。

【００３０】これを各種の振動子半径ａによる放射パタ
ーンを示すと、図１の各種の振動子半径ａの円形ピスト
ン状の超音波振動面から放射される音波に対して超音波
振動子の放射パターンの特性図のようになる。

【００３１】図１は周波数２２７［ＫＨｚ］、λ＝Ｃ／
Ｆ＝１．５２［mm］で、（ａ）はａ＝２０［mm］、ｋａ
＝４．１３×２０＝８２．７による超音波振動子の放射
パターンで、（ｂ）はａ＝８［mm］、ｋａ＝３３．０に
よる超音波振動子の放射パターン、（ｃ）はａ＝４［m
m］、ｋａ＝１６．５による超音波振動子の放射パター
ン、（ｄ）はａ＝２［mm］、ｋａ＝８．３による超音波
振動子の放射パターンである。但し、ここでＣは空気中
の音速である。

【００３２】このように、各種の振動子半径ａをみてみ
ると、振動子半径ａを小さくしたとき、同一の放射角度
に対するサイドローブレベルの増加により放射レベルが
増加することがわかる。

【００３３】〈基本的配置説明〉図２は本発明の実施例
の車載用超音波計測装置の基本動作説明図である。

【００３４】図２において、焦点距離ｆ［mm］の超音波
ビームの収束形振動子を用いた超音波送波器ＵＴを使用
して、これにより路面上に超音波ビームスポットＳＰを
形成し、この超音波ビームスポットＳＰを２次音源と見
做したとき、その第１サイドローブまたは第２サイドロ
ーブを受波できるように、超音波送波器ＵＴの中心を通
り、車両の進行方向に平行し、離間距離Ｌだけ離れた超
音波受波器Ｒ１及び超音波受波器Ｒ２を配置するととも
に、適切な超音波ビームスポットＳＰのビームスポット
径ｄ［mm］となるように超音波送波器ＵＴを設定する。
このとき、離間距離Ｌだけ離れた超音波受波器Ｒ１及び
超音波受波器Ｒ２は、超音波ビームスポットＳＰ方向に
ビーム角度θだけ傾かせている。ビーム角度θと該当す
るサイドローブの指向角θ´との関係はθ＝９０−θ´
となる。

【００３５】ここで、超音波の送信周波数ｆo ＝２００
［ＫＨｚ］、路面からの設置高さＨ＝２００［mm］、な
お、設置高さＨと焦点距離ｆの関係はＨ＝ｆである。第
１サイドローブをビーム角度θ＝６０度（指向角θ´＝
３０度）で受信するとする。

【００３６】このとき、ｋ・ａ・ sinθ＝５．２、θ´
＝３０であるから、位相定数ｋは、 ｋ＝２π／λ＝２π×２００×１０³ ／３４５＝３６４
２ また、振動子半径ａは、 ａ＝５．２／ｋ・ sinθ´＝２．９ となる。したがって、ビームスポット径ｄ＝２ａ＝５．
８［mm］以内である必要性がある。

【００３７】このビームスポット径ｄ＝２ａ＝５．８
［mm］から超音波送波器ＵＴとしての超音波ビームの送
信用収束形振動子の条件を求めると、焦点距離ｆ＝２０
０［mm］である。また、波長λはλ＝Ｃ／Ｆ＝３４５／
２００×１０³ ＝１．７［mm］となる。ビームスポット
径ｄと送信用収束形の超音波送波器ＵＴの直径Ｄとの間
に、ｄ＝λ（ｆ／Ｄ）の関係があるから、超音波ビーム
の送信用収束形の超音波送波器ＵＴの直径ＤはＤ＝λｆ
／ｄ＝５９［mm］となり、このような条件を満す送信用
収束形の超音波送波器ＵＴを用意すればよいことにな
る。

【００３８】〈超音波送波器の説明〉図３は本発明の実
施例の車載用超音波計測装置を構成する超音波送波器の
第１の基本構成説明図である。

【００３９】図３において、この超音波送波器１０（Ｕ
Ｔ）は、超音波振動子１１として振動子開口直径、即
ち、超音波送波器１０の直径Ｄ［mm］とするもので、そ
こに超音波振動子１１との接合面を平面とし、他の面を
機械的なレンズ曲率半径ｒ［mm］とした音響レンズ（整
合層）１２を有するものである。このとき、超音波送波
器１０の焦点距離ｆ［mm］、超音波送波器１０の焦点ス
ポットの径、即ち、ビームスポット径ｄ［mm］、超音波
送波器１０の焦点スポットの状態が維持できる焦点深度
ｈ［mm］との関係は、空気中の音速Ｃ、音響レンズの音
速Ｖs とすると、超音波送波器１０の焦点距離ｆがｆ＝
ｒ／（１−Ｃ／Ｖs ）となる。また、ビームスポット径
ｄ［mm］がｄ＝λ（ｆ／Ｄ）の関係があり、超音波送波
器１０の焦点深度ｈ［mm］がｈ＝４λ（ｆ／Ｄ）² の関
係がある。

【００４０】図４は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置を構成する超音波送波器の第２の基本構成説明図で
ある。特に、ここでは、図３の超音波送波器１０（Ｕ
Ｔ）との相違点のみ説明する。

【００４１】図４において、この超音波送波器１３（Ｕ
Ｔ）は、超音波振動子１５として内面を曲率半径ｆ［m
m］とした曲面板を形成し、その表面に整合層１４を接
合したものである。

【００４２】図５は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置を構成する超音波送波器の第３の基本構成説明図で
ある。特に、ここでは、図３の超音波送波器１０（Ｕ
Ｔ）との相違点のみ説明する。

【００４３】図５において、この超音波送波器１６（Ｕ
Ｔ）は、（ａ）に示すように、直径Ｄ［mm］の超音波振
動子１７を、その超音波振動子１７との接合面を平面と
し、他の面を音響焦点距離ｆのフレネルレンズとした音
響レンズ（整合層）１８を有するものである。音響レン
ズ（整合層）１８の図５（ｂ）に示す表面は、公知のよ
うに、中央の凸部１８ａ及び凹部１８ｂの幅を幅広と
し、音響的なフレネルレンズとしたものである。

【００４４】図６は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置を構成する超音波送波器の第４の基本構成説明図で
ある。特に、ここでは、図３の超音波送波器１０（Ｕ
Ｔ）との相違点のみ説明する。

【００４５】図６において、この超音波送波器２０（Ｕ
Ｔ）は、平板からなる円板状の超音波振動子２１と、内
面の音響反射鏡焦点をｆとする反射鏡２２と、その反射
鏡２２の鏡面の中央に配設されている円錐状の反射部材
２３より構成されている。内面の音響反射鏡焦点をｆと
する反射鏡２２は、内面が公知の二次曲線となり、その
中心を焦点とするものである。また、円錐状の反射部材
２３においては、超音波振動子２１から離れて独立して
おり、反射部材２３に対して平行入射した超音波を直角
方向に完全反射させるものである。

【００４６】〈実施例の回路構成〉図７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。

【００４７】図７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３０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
のものである。超音波送波器ＵＴは２００［KHz ］帯の
超音波振動を所定の超音波ビーム幅で送波するものであ
る。また、２００［KHz ］帯の超音波振動を発生する発
振器３１は、マイクロコンピュータ３０のＧ端子の制御
によって開閉される送信ゲート３２を介して、更に、増
幅器３３を介して超音波送波器ＵＴに出力される。した
がって、超音波送波器ＵＴは２００［KHz ］帯の超音波
振動を、継続時間１［msec］の間歇超音波として、１０
［msec］毎に送信する所定の超音波ビーム幅で送波す
る。

【００４８】路面で反射した超音波の反射波は、超音波
受波器Ｒ１で受波され、増幅器３４を介して周波数検出
回路３５に入力され、マイクロコンピュータ３０に受波
信号に比例した繰返しパルス数が端子Ｐ1 に入力され
る。同様に、超音波受波器Ｒ２で受波され、増幅器３６
を介して周波数検出回路３７に入力され、マイクロコン
ピュータ３０に受波信号に比例した繰返しパルス数が端
子Ｐ2 に入力される。

【００４９】なお、サーミスタからなる気温センサ３８
は、マイクロコンピュータ３０の内蔵するＡ／Ｄコンバ
ータの端子ＴH に温度を入力する。

【００５０】〈周波数検出回路の動作〉図８は本発明の
実施例の車載用超音波計測装置で使用する周波数検出回
路の構成図である。

【００５１】図８において、周波数検出回路３５，３７
に入力された受波信号は、位相差検出回路ＰＤ、ローパ
スフィルターＬＰＦ、電圧制御発振回路ＶＣＯ、分周回
路ＤＥＭからなる周波数検出用ＰＬＬ回路に入力され、
その受波信号に比例した繰返しパルス数を出力する。詳
しくは、受波信号は車速等の速度変化に対応して出力す
る超音波周波数の±５０［KHz ］程度の周波数であるか
ら、それに必要な分解能を得るには、周波数を逓倍する
構成としている。また、受波信号は受信ゲートＡＳ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
時間信号により周波数に比例した電圧をサンプリングホ
ールドするものである。アナログスイッチ回路ＡＳが閉
じており、有効でないときにはＰＬＬ回路としての機能
を停止し、サンプリングホールドした電圧を保持する。

【００５２】具体的には、電圧制御発振回路ＶＣＯの出
力を分周回路ＤＥＭでＮ分の１に分周したパルスと受波
信号を位相差検出回路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回路Ａ
Ｓ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Ｖ
ＣＯを介してマイクロコンピュータ３０の端子Ｐ1 また
は端子Ｐ2 に入力している。電圧制御発振回路ＶＣＯの
出力はＮ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Ｎ倍したパルス繰返し周波数がマイ
クロコンピュータ３０に出力される。

【００５３】受波信号は所定以上であるとき出力するレ
ベル検出器ＬＥを介して包絡線検波回路ＷＤに入力され
る。この包絡線検波回路ＷＤは、立上り動作のみ積分動
作を行ない、立下りの場合には積分機能を有しない。包
絡線検波回路ＷＤの出力はコンパレータＣＯＭの一方の
入力となり、所定の閾値ｒｅｆを超えたときのみアナロ
グスイッチング回路ＡＳを導通状態とし、そうでないと
き遮断状態となる。

【００５４】〈回路構成の全体動作〉図９は本発明の実
施例の車載用超音波計測装置のタイミングチャートであ
る。マイクロコンピュータ３０の端子Ｇから間歇的出力
のための送信ゲート３２のゲート信号を出力し、超音波
送波器ＵＴからは周波数２００［KHz ］、継続時間１
［msec］の間歇超音波を１０［msec］毎に超音波を出力
する。

【００５５】また、超音波受波器Ｒ１、超音波受波器Ｒ
２が路面からの反射波を受波すると、各増幅器３４，３
６でゲイン８０［dB］程度の増幅をした後、周波数検出
回路３５，３７に入力される。入力された受波信号は、
周波数検出用ＰＬＬ回路で入力信号に比例した繰返しパ
ルス数としてマイクロコンピュータ３０の端子Ｐ1 また
は端子Ｐ2 側に出力する。

【００５６】周波数検出回路３５，３７では、受波信号
をレベル検出器ＬＥを介して包絡線検波回路ＷＤに入力
し、包絡線検波回路ＷＤの出力がコンパレータＣＯＭで
所定の閾値ｒｅｆを超えたとき、アナログスイッチング
回路ＡＳを導通状態とする。このとき、路面からの特定
の反射波を検出する時間だけアナログスイッチ回路ＡＳ
を介して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Ｎ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受波器Ｒ１、超音波受
波器Ｒ２に入力される反射周波数のＮ倍の周波数にロッ
クされる。したがって、マイクロコンピュータ３０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
プラー周波数が検出できる。

【００５７】〈マイクロコンピュータによるメイン制御
動作〉図１０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３０が実行するメインプログラ
ムのフローチャートである。

【００５８】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メインプログラムの処理
を開始し、最初に、図示しない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。

【００５９】次に、ステップＳ１でこのメインルーチン
を実行するＴ秒毎、例えば、周波数２００［KHz ］、間
歇超音波を出力するＴ＝１０［msec］のタイミングであ
るかを判定し、そのタイミングにあるとき、ステップＳ
２でＴ秒タイマをクリヤして、再スタートさせる。ステ
ップＳ３で送信ゲート３２を継続時間１［msec］の間だ
け開とし、路面に対して超音波送波器ＵＴから超音波を
出力し、ステップＳ４で音速Ｃを演算するために気温セ
ンサ３８のＴ［℃］の読込みを行ない、ステップＳ５で
音速演算を行なう。音速演算は、Ｃ＝３３１．５＋０．
６０７Ｔ［m/sec ］として行なう。

【００６０】ステップＳ６及びステップＳ７で超音波受
波器Ｒ１、超音波受波器Ｒ２が路面から反射波として受
波した周波数ｆ1 ［KHz ］及びｆ2 ［KHz ］として読込
み、ステップＳ８で超音波受波器Ｒ１、超音波受波器Ｒ
２が検出した各々の検出車速Ｖ1 、Ｖ2 及びその平均の
車速Ｖを演算する。検出車速Ｖ1 、Ｖ2 は Ｖ1 ＝Ｃ（ｆ1 −ｆ0 ）／（ｆ1 ＋ｆ0 ） cosθ Ｖ2 ＝Ｃ（ｆ0 −ｆ2 ）／（ｆ0 ＋ｆ2 ） cosθ となる。また、平均の車速ＶはＶ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２
となる。そして、ステップＳ９でその平均の車速Ｖを表
示手段或いは他の制御装置等に出力する。更に、ステッ
プＳ１０で他の処理を行ない、ステップＳ１からの処理
に戻る。

【００６１】〈車高変動の補正説明〉図１１は本発明の
実施例の車載用超音波計測装置の車高変動の場合の補正
動作説明図である。

【００６２】図１１において、路面からの設置高さをＨ
とし、超音波ビームを送波し、また、その反射波を受波
する収束形振動子を用いた超音波送受波器ＵＴＲを使用
して、これにより路面上に超音波ビームスポットＳＰを
形成する。この超音波ビームスポットＳＰを２次音源と
見做したとき、その第１サイドローブまたは第２サイド
ローブを受波できるように、超音波送受波器ＵＴＲの中
心を通り、車両の進行方向に平行し、離間距離Ｌだけ離
れた超音波受波器Ｒ１及び超音波受波器Ｒ２を配置す
る。このとき、離間距離Ｌだけ離れた超音波受波器Ｒ１
及び超音波受波器Ｒ２は、超音波ビームスポットＳＰ方
向にビーム角度θだけ傾かせている。

【００６３】車両の走行により、超音波送受波器ＵＴＲ
の路面からの設置高さがＨ＋ΔＨとなったとき、超音波
受波器Ｒ１及び超音波受波器Ｒ２のビーム角度θがθ＋
Δθとなる。このとき、超音波送受波器ＵＴＲから垂直
下の路面に送波し、路面からの反射波を受波するまでの
伝搬時間ｔD はｔD ＝２Ｈ／Ｃとなり、路面からの設置
高さＨは、Ｈ＝ｔD ・Ｃ／２となる。

【００６４】これによりビーム角度θを求めると、θ＝
tan^-1Ｈ／Ｌとなり、このビーム角度θをθ＝ tan
^-1｛ｔD ・Ｃ｝／２Ｌとして車速計算すると、車高の影
響を考慮したより高精度な車速を演算することができ
る。

【００６５】〈他の実施例の回路構成〉図１２は本発明
の他の実施例の車載用超音波計測装置の回路構成図であ
る。なお、この実施例では、図７の実施例との相違点を
重点的に説明する。

【００６６】図１２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３０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
知のものである。超音波送受波器ＵＴＲは２００［KHz
］帯の超音波振動を所定の超音波ビーム幅で送波し、
また、その反射波を受波するものである。２００［KH
z］帯の超音波振動を発生する発振器３１は、マイクロ
コンピュータ３０のＧ端子の制御によって開閉される送
信ゲート３２を介して、更に、増幅器３３を介して超音
波送受波器ＵＴＲから出力される。したがって、超音波
送受波器ＵＴＲは２００［KHz ］帯の超音波振動を、継
続時間１［msec］の間歇超音波として、１０［msec］毎
に送信する所定の超音波ビーム幅で送波する。

【００６７】超音波送受波器ＵＴＲは路面で反射した超
音波の反射波を受波し、それを包絡線検波回路４０で検
波し、その包絡線検波回路４０の出力をコンパレータ４
１に入力し、コンパレータ４１で所定の閾値ｒｅｆ２よ
り大きな値のとき“Ｈ”となり、そうでないとき“Ｌ”
と２値化し、その出力をマイクロコンピュータのＰ3端
子に入力する。

【００６８】路面で反射した超音波の反射波は、超音波
受波器Ｒ１で受波され、増幅器３４を介して周波数検出
回路３５に入力され、マイクロコンピュータ３０に受波
信号に比例した繰返しパルス数が端子Ｐ1 に入力され
る。同様に、超音波受波器Ｒ２で受波され、増幅器３６
を介して周波数検出回路３７に入力され、マイクロコン
ピュータ３０に受波信号に比例した繰返しパルス数が端
子Ｐ2 に入力される。

【００６９】〈車高補正回路構成の全体動作〉図１３は
本発明の他の実施例の車載用超音波計測装置のタイミン
グチャートである。

【００７０】マイクロコンピュータ３０の端子Ｇから間
歇的出力のための送信ゲート３２のゲート信号を出力
し、超音波送受波器ＵＴＲからは周波数２００［KHz
］、継続時間１［msec］の間歇超音波を１０［msec］
毎に超音波を出力する。

【００７１】超音波送受波器ＵＴＲは路面で反射した超
音波の反射波を受波し、それを包絡線検波回路４０で検
波し、その包絡線検波回路４０の出力をコンパレータ４
１に入力し、コンパレータ４１で所定の閾値ｒｅｆ２よ
り大きな値のとき“Ｈ”となり、そうでないとき“Ｌ”
と２値化し、その出力をマイクロコンピュータのＰ３端
子に入力し、超音波送受波器ＵＴＲから垂直下の路面に
送波し、路面からの反射波を受波するまでの伝搬時間ｔ
Ｄ を求める。これによりビーム角度θを求めると、θ
＝ tan^-1｛ｔD ・Ｃ｝／２Ｌとなる。

【００７２】そして、超音波受波器Ｒ１、超音波受波器
Ｒ２が路面からの反射波を受波すると、各増幅器３４，
３６で増幅した後、周波数検出回路３５，３７に入力さ
れる。入力された受波信号は、周波数検出用ＰＬＬ回路
で入力信号に比例した繰返しパルス数としてマイクロコ
ンピュータ３０の端子Ｐ1 または端子Ｐ2 側に出力す
る。周波数検出回路３５，３７では、図８に示すよう
に、受波信号をレベル検出器ＬＥを介して包絡線検波回
路ＷＤに入力し、包絡線検波回路ＷＤの出力がコンパレ
ータＣＯＭで所定の閾値ｒｅｆを超えたとき、アナログ
スイッチング回路ＡＳを導通状態とする。このとき、路
面からの特定の反射波を検出する時間だけアナログスイ
ッチ回路ＡＳを介して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Ｎ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受波器Ｒ
１、超音波受波器Ｒ２に入力される反射周波数のＮ倍の
周波数にロックされる。したがって、マイクロコンピュ
ータ３０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が検出できる。

【００７３】〈マイクロコンピュータによる車高補正を
含むメイン制御動作〉図１４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３０が実行する
車高補正を含むメインプログラムのフローチャートであ
る。

【００７４】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メインプログラムの処理
を開始し、最初に、図示しない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。

【００７５】次に、ステップＳ１でこのメインルーチン
を実行するＴ秒毎、例えば、周波数２００［KHz ］、間
歇超音波を出力するＴ＝１０［msec］のタイミングであ
るかを判定し、そのタイミングにあるとき、ステップＳ
２でＴ秒タイマをクリヤして、再スタートさせる。ステ
ップＳ３で送信ゲート３２を継続時間１［msec］の間だ
け開とし、路面に対して超音波送受波器ＵＴＲから超音
波を出力し、ステップＳ４で音速Ｃを演算するために気
温センサ３８のＴ［℃］の読込みを行ない、ステップＳ
５で音速演算を行なう。音速演算は、Ｃ＝３３１．５＋
０．６０７Ｔ［m/sec ］として行なう。

【００７６】ステップＳ６で超音波送受波器ＵＴＲから
垂直下の路面に送波し、路面からの反射波を受波するま
での伝搬時間ｔD を求める。ステップＳ７で伝搬時間ｔ
D からビーム角度θを求める。即ち、θ＝ tan^-1Ｈ／Ｌ
＝ tan^-1｛ｔD ・Ｃ｝／２Ｌとなる。

【００７７】ステップＳ８及びステップＳ９で超音波受
波器Ｒ１、超音波受波器Ｒ２が路面から反射波として受
波した周波数ｆ1 ［KHz ］及びｆ2 ［KHz ］として読込
み、ステップＳ１０で超音波受波器Ｒ１、超音波受波器
Ｒ２が検出した各々の検出車速Ｖ1 、Ｖ2 及びその平均
の車速Ｖを演算する。検出車速Ｖ1 、Ｖ2 はステップＳ
７で求めたビーム角度θを使用して、 Ｖ1 ＝Ｃ（ｆ1 −ｆ0 ）／（ｆ1 ＋ｆ0 ） cosθ Ｖ2 ＝Ｃ（ｆ0 −ｆ2 ）／（ｆ0 ＋ｆ2 ） cosθ となる。また、平均の車速ＶはＶ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／２
となる。そして、ステップＳ１１でその平均の車速Ｖを
表示手段或いは他の制御装置等に出力する。更に、ステ
ップＳ１２で他の処理を行ない、ステップＳ１からの処
理に戻る。

【００７８】このように、本実施例の車載用超音波計測
装置においては、超音波信号を超音波送波器ＵＴから路
面に送波し、その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受
波して、その受波した信号を増幅器３４，３６で増幅
し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超音波
計測装置において、前記超音波送波器ＵＴから路面に送
波する超音波は、路面上で収束するビーム状としたもの
であり、これを請求項１の実施例とすることができる。
超音波送波器ＵＴから路面に送波する超音波を、路面上
でビームスポット径ｄの超音波ビームスポットＳＰに収
束するビーム状とすることにより、喩え、路面が低反射
率路面であっても、超音波振動エネルギーをビームスポ
ット径ｄに集中でき、ドップラーシフトを含んだ周波数
が得られる。

【００７９】本実施例の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器ＵＴから路面に送波し、
その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波して、その
受波した信号を増幅器３４，３６で増幅し、その増幅信
号から反射波周波数を得る車載用超音波計測装置におい
て、前記超音波送波器ＵＴから路面に送波する超音波は
路面上でビームスポット径ｄの超音波ビームスポットＳ
Ｐに収束するビーム状とし、その路面から反射する反射
波を前記超音波送波器ＵＴの中心を通る直線状の車両の
進行方向位置と反進行方向位置との１個所以上の位置に
配設した超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波するものであ
り、これを請求項２の実施例とすることができる。

【００８０】したがって、前記超音波送波器ＵＴから路
面に送波する超音波を路面上で収束するビーム状とし、
その路面から反射する反射波を前記超音波送波器ＵＴの
中心を通る直線状の車両の進行方向位置と反進行方向位
置との１個所以上の位置に配設した超音波受波器Ｒ１，
Ｒ２で受波し、低反射率路面であっても、車両の進行に
伴なうドップラーシフトを含んだ周波数が得られ、１個
所以上の超音波受波器の和の平均によって車速が得られ
る。

【００８１】特に、前記超音波送波器ＵＴの中心を通る
直線状の車両の進行方向位置または反進行方向位置の１
個所に配設した超音波受波器Ｒ１または超音波受波器Ｒ
２で受波することにより、車速を得ることができるが、
超音波受波器Ｒ１及び超音波受波器Ｒ２で平均車速を得
ると誤差を少なくした車速検出ができる。

【００８２】なお、ここで、路面から反射する反射波を
超音波送波器ＵＴの中心を通る直線状の車両の進行方向
位置と反進行方向位置との１個所以上の位置に配設した
超音波受波器Ｒ１，Ｒ２とは、超音波送波器ＵＴの中心
を通る直線状の車両の進行方向位置または反進行方向位
置の一方に超音波受波器Ｒ１を配設し、そこから±１２
０度離れた両側に超音波受波器を配設してもよい。この
場合には、車速及びその横方向の速度成分も検出するこ
とができる。

【００８３】上記実施例では、車両の進行方向に平行す
る速度、即ち、車速を検出するものであるが、本発明を
実施する場合には、車両の進行方向に対して垂直方向の
車速を検出することもできる。

【００８４】即ち、本実施例の車載用超音波計測装置に
おいては、超音波計測装置においては、超音波信号を超
音波送波器ＵＴから路面に送波し、その反射波を超音波
受波器Ｒ１，Ｒ２で受波して、その受波した信号を増幅
器３４，３６で増幅し、その増幅信号から反射波周波数
を得る車載用超音波計測装置において、前記超音波送波
器ＵＴから路面に送波する超音波は路面上で収束するビ
ーム状とし、その路面から反射する反射波を前記超音波
送波器ＵＴの中心を通る直線状の車両の進行方向に対す
る垂直方向の１個所以上の位置に配設した超音波受波器
Ｒ１，Ｒ２で受波するものであり、これを請求項３の実
施例とすることができる。

【００８５】したがって、前記超音波送波器ＵＴから路
面に送波する超音波は路面上で収束するビーム状とし、
その路面から反射する反射波を前記超音波送波器ＵＴの
中心を通る直線状の車両の進行方向に対する垂直方向の
１個所以上の位置に配設した超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で
受波し、低反射率路面であっても、車両の進行に対する
横方向のドップラーシフトを含んだ周波数が得られ、１
個所以上の超音波受波器Ｒ１，Ｒ２の和の平均によって
横方向速度が得られる。

【００８６】特に、前記超音波送波器ＵＴの中心を通る
直線状の車両の進行方向位置に対して垂直方向の位置の
１個所に配設した超音波受波器Ｒ１または超音波受波器
Ｒ２で受波することにより、横方向の車速を得ることが
できるが、超音波受波器Ｒ１及び超音波受波器Ｒ２で横
方向の平均車速を得ると誤差を少なくした横方向車速検
出ができる。

【００８７】なお、ここで、路面から反射する反射波を
超音波送波器ＵＴの中心を通る直線状の車両の進行方向
位置に対して垂直方向の１個所以上の位置に配設した超
音波受波器Ｒ１，Ｒ２とは、超音波送波器ＵＴの中心を
通る直線状の車両の進行方向位置に対して垂直方向の位
置の一方に超音波受波器Ｒ１を配設し、そこから±１２
０度離れた両側に超音波受波器を配設してもよい。この
場合には、車速及びその横方向の速度成分も検出するこ
とができる。

【００８８】そして、本実施例の車載用超音波計測装置
においては、超音波信号を超音波送波器ＵＴから路面に
送波し、その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波し
て、その受波した信号を増幅器３４，３６で増幅し、そ
の増幅信号から反射波周波数を得る車載用超音波計測装
置において、前記路面に超音波を送波する超音波送波器
１０，１３（ＵＴ）の超音波送波面が凹状に彎曲する形
状を有し、超音波送波器１０，１３（ＵＴ）から路面に
送波する超音波を路面上で収束するビーム状とすること
ができ、これを請求項４の実施例とすることができる。

【００８９】特に、図３に示す実施例においては、この
超音波送波器１０（ＵＴ）は、超音波振動子１１として
振動子開口直径、即ち、超音波送波器１０の直径Ｄ［m
m］とするもので、そこに超音波振動子１１との接合面
を平面とし、他の面を曲面とした音響レンズ（整合層）
１２を有するものであり、構造が簡単であり、また、外
部に音響レンズ１２が露出するものであるから、機械的
構造を強くすることができる。また、図４に示す実施例
においては、この超音波送波器１３（ＵＴ）は、超音波
振動子１５として曲面板を形成し、それを凹面に形成し
た整合層１４に接合したものであり、構造が簡単とな
る。また、整合層１４の材料の選択自由度が高くなる。

【００９０】更に、本実施例の車載用超音波計測装置に
おいては、超音波信号を超音波送波器ＵＴから路面に送
波し、その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波し
て、その受波した信号を増幅器３４，３６で増幅し、そ
の増幅信号から反射波周波数を得る車載用超音波計測装
置において、前記路面に超音波を送波する超音波送波器
１６（ＵＴ）の超音波送波面をフレネルレンズ状とし、
超音波送波器から路面に送波する超音波を路面上で収束
するビーム状とすることができ、これを請求項５の実施
例とすることができる。

【００９１】特に、図５に示す実施例においては、超音
波送波器１６（ＵＴ）は、超音波振動子１７との接合面
を平面とし、他の面を音響焦点距離ｆのフレネルレンズ
とした音響レンズ（整合層）１８を有するものであり、
光学的なレンズと同様に製造が簡単であり、また、成型
等により廉価に製造できる。

【００９２】更にまた、本実施例の車載用超音波計測装
置においては、超音波信号を超音波送波器ＵＴから路面
に送波し、その反射波を超音波受波器Ｒ１，Ｒ２で受波
して、その受波した信号を増幅器３４，３６で増幅し、
その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超音波計測
装置において、前記路面に超音波を送波する超音波送波
器２０（ＵＴ）の超音波送波反射面が凹状に彎曲する形
状を有し、超音波送波器２０（ＵＴ）から路面に送波す
る超音波を路面上で収束するビーム状とすることがで
き、これを請求項６の実施例とすることができる。

【００９３】特に、図６に示す実施例においては、この
超音波送波器２０（ＵＴ）は、平板からなる円板状の超
音波振動子２１と、内面の音響反射鏡焦点をｆとする反
射鏡２２と、その反射鏡２２の鏡面の中央に配設されて
いる円錐状の反射部材２３より構成され、直線的に放射
される超音波が有効的に使用できない点が欠点となる
が、反射部材２３が外部から石等が衝突しても反射面が
破壊されないから、比較的強度を高くすることができ
る。

【００９４】ところで、前記請求項１乃至請求項６の実
施例において、超音波信号を路面に送波する超音波送波
器ＵＴは、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射
波を受波する超音波送受波器ＵＴＲとすることにより、
送波から反射波の受波までのタイミングを得ることがで
き、これを請求項７の実施例とすることができる。

【００９５】したがって、この種の実施例によれば、車
高の変化を検出したり、車高変化による超音波ビームス
ポットＳＰの位置を補正することができ、超音波受波器
Ｒ１，Ｒ２に入射する角度を補正することができる。

【００９６】また、前記請求項１乃至請求項６の実施例
において、超音波信号を路面に送波する超音波送波器Ｕ
Ｔを、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射波を
受波する超音波送受波器ＵＴＲとし、車高を超音波送受
波器ＵＴＲから路面に送波し、その反射波を受波する時
間により得るものであり、車高変化が１台の超音波送受
波器ＵＴＲによって検出でき、これを請求項８の実施例
とすることができる。したがって、前者同様に、この種
の実施例によれば、車高の変化を検出したり、車高変化
による超音波ビームスポットＳＰの位置を補正すること
ができ、超音波受波器Ｒ１，Ｒ２に入射する角度を補正
することができる。

【００９７】そして、前記請求項２及び請求項３の実施
例において、超音波信号を路面に送波する超音波送波器
ＵＴを、超音波信号を路面に送波し、かつ、その反射波
を受波する超音波送受波器ＵＴＲとし、車高の変動を前
記超音波送受波器ＵＴＲから路面に送波し、その反射波
を受波する時間により演算し、前記超音波受波器ＵＴＲ
が反射波を受波する入射角度を得るものであり、車高変
動によって発生する車速の誤差を補正することができ、
これを請求項９の実施例とすることができる。したがっ
て、車高変化による超音波ビームスポットＳＰの位置を
補正することができ、超音波受波器Ｒ１，Ｒ２に入射す
る角度を補正することができ、車体の上下振動、ノーズ
アップ、ノーズダウンコーナリングによる車高変化があ
っても、車速または横方向速度誤差を小さくすることが
できる。

【００９８】このように、上記実施例では、故に、車両
の走行状態において、車体の上下振動、ノーズアップ、
ノーズダウンコーナリング等による車高変化が、車速等
の速度を検出する場合に誤差が介在することがなくなる
から、車体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波
を検出できる。

【００９９】また、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、計測装置及び制御装置に
使用できる。即ち、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、車両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両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。

【０１００】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または車高条件を得ることによ
り、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。

【０１０１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の車載用超音波
計測装置においては、超音波信号を超音波送波器から路
面に送波し、その反射波を超音波受波器で受波して、そ
の受波した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波
数を得る車載用超音波計測装置において、前記超音波送
波器から路面に送波する超音波を、路面上で収束するビ
ーム状とすることにより、低反射率路面であっても、ド
ップラーシフトを含んだ周波数が得られる。したがっ
て、車体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を
検出でき、また、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除
去し、常に正確な車速が検出できる。

【０１０２】請求項２の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記超音波送波器から路面に送
波する超音波を路面上で収束するビーム状とし、その路
面から反射する反射波を前記超音波送波器の中心を通る
直線状の車両の進行方向位置と反進行方向位置との１個
所以上の位置に配設した超音波受波器で受波し、低反射
率路面であっても、車両の進行に伴なうドップラーシフ
トを含んだ周波数が得られ、１個所以上の超音波受波器
の和の平均によって車速が得られる。したがって、車体
の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を検出で
き、また、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、
常に正確な車速が検出できる。

【０１０３】請求項３の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記超音波送波器から路面に送
波する超音波は路面上で収束するビーム状とし、その路
面から反射する反射波を前記超音波送波器の中心を通る
直線状の車両の進行方向に対する垂直方向の１個所以上
の位置に配設した超音波受波器で受波し、低反射率路面
であっても、車両の進行に対する横方向のドップラーシ
フトを含んだ周波数が得られ、１個所以上の超音波受波
器の和の平均によって横方向速度が得られる。したがっ
て、車体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を
検出でき、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、
常に正確な横方向速度が検出できる。

【０１０４】請求項４の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波面が凹状に彎曲する形状を有
し、超音波送波器から路面に送波する超音波を路面上で
収束するビーム状とすることができる。したがって、車
体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を検出で
き、また、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、
常に正確な車速が検出できる。

【０１０５】請求項５の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波面をフレネルレンズ状とし、超
音波送波器から路面に送波する超音波を路面上で収束す
るビーム状とすることができる。したがって、車体の上
下振動を伴っても、的確に目的の反射波を検出でき、ま
た、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、常に正
確な車速が検出できる。

【０１０６】請求項６の車載用超音波計測装置において
は、超音波信号を超音波送波器から路面に送波し、その
反射波を超音波受波器で受波して、その受波した信号を
増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得る車載用超
音波計測装置において、前記路面に超音波を送波する超
音波送波器の超音波送波反射面が凹状に彎曲する形状を
有し、超音波送波器から路面に送波する超音波を路面上
で収束するビーム状とすることができる。したがって、
車体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を検出
でき、また、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去
し、常に正確な車速が検出できる。

【０１０７】請求項７の車載用超音波計測装置において
は、前記請求項１乃至請求項６に記載の超音波信号を路
面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送波
し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器とする
ことにより、送波から反射波の受波までのタイミングを
得ることができる。したがって、車体の上下振動を伴っ
ても、的確に目的の反射波を検出でき、冠水路面から巻
起す水飛沫の影響を除去し、常に正確な車速が検出で
き、また、車高も検出できる。

【０１０８】請求項８の車載用超音波計測装置において
は、前記請求項１乃至請求項６に記載の超音波信号を路
面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送波
し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器とし、
車高を前記超音波送受波器から路面に送波し、その反射
波を受波する時間により得るものであり、車高変化が１
台の超音波送受波器によって検出できる。したがって、
車体の上下振動を伴っても、的確に目的の反射波を検出
でき、冠水路面から巻起す水飛沫の影響を除去し、常に
正確な車速が検出でき、また、車高も検出でき、車体の
上下振動、ノーズアップ、ノーズダウンコーナリングに
よる車高変化により、反射波が到来するまでの時間が変
化しても、その車高で速度を補正することもできる。

【０１０９】請求項９の車載用超音波計測装置において
は、前記請求項２または請求項３に記載の超音波信号を
路面に送波する超音波送波器を、超音波信号を路面に送
波し、かつ、その反射波を受波する超音波送受波器と
し、車高の変動を前記超音波送受波器から路面に送波
し、その反射波を受波する時間により演算し、前記超音
波受波器が反射波を受波する入射角度を得るものであ
り、車高変動によって発生する車速の誤差を補正するこ
とができる。したがって、車体の上下振動を伴っても、
的確に目的の反射波を検出でき、冠水路面から巻起す水
飛沫の影響を除去し、常に正確な車速が検出でき、ま
た、車高の検出ができ、車体の上下振動、ノーズアッ
プ、ノーズダウンコーナリングによる車高変化により、
反射波が到来するまでの時間が変化しても、その車高で
速度を補正できるから、車高誤差の少ない車速を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は各種の超音波振動子半径ａの円形ピスト
ン状の超音波振動面から放射される音波に対して超音波
振動子の放射パターンの特性図である。

【図２】図２は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の基本動作説明図である。

【図３】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
を構成する超音波送波器の第１の基本構成説明図であ
る。

【図４】図４は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
を構成する超音波送波器の第２の基本構成説明図であ
る。

【図５】図５は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
を構成する超音波送波器の第３の基本構成説明図であ
る。

【図６】図６は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
を構成する超音波送波器の第４の基本構成説明図であ
る。

【図７】図７は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成図である。

【図８】図８は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
で使用する周波数検出回路の構成図である。

【図９】図９は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のタイミングチャートである。

【図１０】図１０は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置のマイクロコンピュータ３０が実行するメインプロ
グラムのフローチャートである。

【図１１】図１１は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置の車高変動の場合の補正動作説明図である。

【図１２】図１２は本発明の他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１３】図１３は本発明の他の実施例の車載用超音波
計測装置のタイミングチャートである。

【図１４】図１４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車高補正を含む
メインプログラムのフローチャートである。

【符号の説明】

ＵＴ 超音波送波器 ＵＴＲ 超音波送受波器 Ｒ１ 超音波受波器 Ｒ２ 超音波受波器 ＳＰ 超音波ビームスポット θ ビーム角度

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年４月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この種の超音波を路面
に送波し、その路面からの反射波を受波する車載用車速
計測装置は、車輪速から車両速度を検出するスピードセ
ンサに比較して、車輪の空気圧及び積荷、タイヤサイ
ズ、スリップ等の影響を受けることなく車速検出でき、
信頼性の高い車速が得られる。しかし、車両が冠水路面
の走行になると冠水路面から巻起す水飛沫によって、正
確に路面の検出が行ない難くなり、又、低速度時には路
面からの反射波そのものが減少し、精度低下の要因にな
っていた。この現象は、冠水路面から巻起す水飛沫のみ
ならず、泥水の飛沫、雪、砂、塵埃についても同様の結
果をもたらす。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そこで、本発明は、冠水路面等での低反射
波の場合でも有効な反射波が得られるようにするととも
に水飛沫の影響を除去し、常に正確な車速が検出できる
車載用車速計測装置の提供を課題とするものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葛谷 啓司 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記超音波送波器から路面に送波する超音波は、路面上
   で収束するビーム状としたことを特徴とする車載用超音
   波計測装置。
2. 【請求項２】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記超音波送波器から路面に送波する超音波は路面上で
   収束するビーム状とし、その路面から反射する反射波を
   前記超音波送波器の中心を通る直線状の車両の進行方向
   位置と反進行方向位置との１個所以上の位置に配設した
   超音波受波器で受波することを特徴とする車載用超音波
   計測装置。
3. 【請求項３】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記超音波送波器から路面に送波する超音波は路面上で
   収束するビーム状とし、その路面から反射する反射波を
   前記超音波送波器の中心を通る直線状の車両の進行方向
   に対する垂直方向の１個所以上の位置に配設した超音波
   受波器で受波することを特徴とする車載用超音波計測装
   置。
4. 【請求項４】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記路面に超音波を送波する超音波送波器は、超音波送
   波面を凹状に彎曲してなることを特徴とする車載用超音
   波計測装置。
5. 【請求項５】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記路面に超音波を送波する超音波送波器は、超音波送
   波面をフレネルレンズ状としたことを特徴とする車載用
   超音波計測装置。
6. 【請求項６】 超音波信号を超音波送波器から路面に送
   波し、その反射波を超音波受波器で受波して、その受波
   した信号を増幅し、その増幅信号から反射波周波数を得
   る車載用超音波計測装置において、 前記路面に超音波を送波する超音波送波器は、超音波送
   波反射面を凹状に彎曲してなることを特徴とする車載用
   超音波計測装置。
7. 【請求項７】 前記請求項１乃至請求項６に記載の超音
   波信号を路面に送波する超音波送波器は、超音波信号を
   路面に送波し、かつ、その反射波を受波する超音波送受
   波器としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のい
   ずれか１つに記載の車載用超音波計測装置。
8. 【請求項８】 前記請求項１乃至請求項６に記載の超音
   波信号を路面に送波する超音波送波器は、超音波信号を
   路面に送波し、かつ、その反射波を受波する超音波送受
   波器とし、車高を前記超音波送受波器から路面に送波
   し、その反射波を受波する時間により得ることを特徴と
   する請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の車載
   用超音波計測装置。
9. 【請求項９】 前記請求項２または請求項３に記載の超
   音波信号を路面に送波する超音波送波器は、超音波信号
   を路面に送波し、かつ、その反射波を受波する超音波送
   受波器とし、車高を前記超音波送受波器から路面に送波
   し、その反射波を受波する時間により演算し、前記超音
   波受波器が反射波を受波する入射角度を得ることを特徴
   とする車載用超音波計測装置。