JPH07280934A - 車載用車速計測装置 - 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、
正確な車速が検出できること。 【構成】 受波した反射波信号から所定以上の信号を抽
出する信号抽出回路１２と、信号抽出回路１２の後縁か
ら所定時間だけゲートを開閉する後縁ゲート発生回路７
と、後縁ゲート発生回路７でゲートを開閉する所定時間
だけ、受波した反射波信号を遅延させる遅延回路１１
と、後縁ゲート発生回路７の出力によって遅延回路１１
で遅延させた反射波信号を取出すゲート回路８と、ゲー
ト回路８で取出された反射波信号の周波数を計測する周
波数計測回路９と、周波数計測回路９からそのドプラー
周波数成分を抽出し、車速Ｖを演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に取付けられ
て、ナビゲーションシステム、車速検出装置、ＡＢＳ装
置等の各種速度情報を使用する車速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車
速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】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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
等を検出している。

【００１０】

【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、車輪速から車輌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、車輌が冠水路面
の走行になると冠水路面から巻起す水飛沫による反射信
号が混入し、正確に路面の検出が行ない難くなり、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。

【００１１】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、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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる車載用車
速計測装置は、受波した反射波信号から所定以上の信号
を抽出する信号抽出回路と、その信号抽出回路の後縁か
ら所定時間だけゲートを開閉する後縁ゲート発生回路
と、その後縁ゲート発生回路でゲートを開閉する所定時
間だけ、前記受波した反射波信号を遅延させる遅延回路
と、前記後縁ゲート発生回路の出力によって前記遅延回
路で遅延させた反射波信号を取出すゲート回路と、その
ゲート回路で取出された反射波信号の周波数を計測する
周波数計測回路と、その周波数計測回路からそのドプラ
ー周波数成分を抽出し、車速を演算する演算回路とを具
備するものである。

【００１３】

【作用】本発明においては、信号抽出回路で受波した反
射波信号から所定以上の信号を抽出し、その抽出した反
射波信号の後縁から所定時間だけゲートを開閉し、その
ゲートを開閉する所定時間だけ、前記受波した反射波信
号を遅延させておき、遅延させた反射波信号を取出し、
その取出された反射波信号の周波数を計測し、そのドプ
ラー周波数成分を抽出し、車速を演算する。これによ
り、水飛沫の反射波が時間的に早く、路面の反射波の検
出が遅く検出されることに対応させる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例の車載用車速計測装置
について説明する。

【００１５】〈基本的動作説明〉図１は本発明の実施例
の車載用車速計測装置の基本動作説明図で、（ａ）はシ
ングルビーム方式による車載用車速計測装置の側面図、
（ｂ）はシングルビーム方式による車載用車速計測装置
の基本的動作説明図であり、（ｃ）は水飛沫と路面との
反射条件を示す説明図である。

【００１６】図１において、車両１００の進行方向に平
行し、反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ＴＲは、２００［KHz ］帯の超音波振動を所
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、車両１００の進行方向に対して平行す
る車速（速度ベクトル）Ｖを得るものである。具体的に
は、超音波送受波器ＴＲは車両１００の前方中央、また
は前輪或いは後輪の前方、前輪或いは後輪の側方に配設
している。

【００１７】超音波送受波器ＴＲは、図１（ａ）に示す
ように、プリント回路基板等と共にハウジングＨＡに収
容して一体化している。そして、図１（ｂ）に示すよう
に、ハウジングＨＡは車両１００の下面に取付けられて
いる。また、この実施例の超音波を放射する高さはＨ
［ｍ］である。

【００１８】即ち、図１（ｂ）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。

【００１９】また、間歇的に周波数ｆ［Hz］の超音波を
路面に送波して、反射後、受波した周波数ｆo ＝ｆ− d
ｆ［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］ ・・・・（２） 但し、Ｖ：車速 ［Km/h］ Ｃ：音速 ［m/s ］ となり、これより Ｖ＝１．８Ｃ・ dｆ／ｆ・ｃｏｓφ ・・・・・・（３） となる。

【００２０】このようにして、超音波を用いて車両１０
０の車速を検出している。

【００２１】また、図１（ｃ）のように、超音波送受波
器ＴＲから路面に到達する前の反射波を得る時間Ａにお
いては、冠水した路面Ｅからの反射波の影響よりも水飛
沫Ｗの速度を計測することになる。また、超音波送受波
器ＴＲから路面Ｅに到達する反射波を得る時間Ｂにおい
ては、水飛沫Ｗの影響を受けた路面Ｅからの反射波を計
測することになる。そして、超音波送受波器ＴＲから路
面Ｅに到達する反射波を得る時間Ｃにおいては、水飛沫
Ｗの影響が最も少ない路面Ｅからの反射波を計測するこ
とになる。

【００２２】このときの時間と反射波出力との関係を示
すと次のようになる。

【００２３】図２は本発明の車載用車速計測装置の原理
を示す水飛沫と路面との反射波の出力条件を示す説明図
である。

【００２４】図２において、水飛沫反射波Ｎは、図１
（ｃ）に示すように、冠水した路面Ｅの表面よりも超音
波送受波器ＴＲに近い位置に水飛沫Ｗが発生しているか
ら、反射波信号は時間的に早い位置にピーク値が存在す
る特性となる。冠水した路面Ｅからの反射波は、超音波
送受波器ＴＲから水飛沫Ｗよりも遠い位置で発生するか
ら、その路面反射波Ｓの信号は時間的に遅い位置にピー
ク値が存在する特性となる。即ち、冠水した路面Ｅから
の反射波は、図２に示すように、水飛沫反射波Ｎと路面
反射波Ｓとが重なり合っており、車両１００の車速誤差
を少なくするには、路面反射波Ｓの信号レベルと水飛沫
反射波Ｎの信号レベルとの比率Ｓ／Ｎをできるだけ大き
くする必要がある。

【００２５】超音波送受波器ＴＲから路面に到達する前
の反射波を得る時間Ａにおいては、路面反射波Ｓと水飛
沫反射波Ｎの信号レベルとの比率Ｓ／Ｎは、Ｓ／Ｎ＝Ｓ
A ／ＮA となり、また、超音波送受波器ＴＲから路面Ｅ
に到達する反射波を得る時間Ｂにおいては、路面反射波
Ｓと水飛沫反射波Ｎの信号レベルとの比率Ｓ／Ｎは、Ｓ
／Ｎ＝ＳB ／ＮB となり、そして、超音波送受波器ＴＲ
から路面Ｅに到達する反射波を得る時間Ｃにおいては、
路面反射波Ｓと水飛沫反射波Ｎの信号レベルとの比率Ｓ
／Ｎは、Ｓ／Ｎ＝ＳC ／ＮC となる。ここで、 ＳA ／ＮA ＜ＳB ／ＮB ＜ＳC ／ＮC である。したがって、路面反射波Ｓと水飛沫反射波Ｎの
信号レベルとの比率Ｓ／Ｎは、反射波のできるだけ後縁
で検出すると、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。故
に、超音波送受波器ＴＲ毎に受信ゲートを開くタイミン
グを調整することにより、目的とする反射波を的確に捕
え、それによってドプラー周波数を演算し、正確な車速
を得ることができる。

【００２６】〈実施例の回路構成〉図３は本発明の実施
例の車載用車速計測装置の回路構成図である。

【００２７】図３において、超音波送受波器１（ＴＲ）
は２００［KHz ］帯の超音波振動を、継続時間１［mse
c］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及び受波するものである。ま
た、送受切替回路２は超音波送受波器１から超音波を出
力したり、受波したりする際の切替を行なうものであ
る。即ち、送受切替回路２は送信時に超音波送受波器１
から信号が出力されると共に、その際の受信回路の保護
を行なうものである。一方、受信時に受信信号が受信増
幅回路４に出力されるように切替られる。送信機３は２
００［KHz ］帯の超音波振動を間歇的に出力する。

【００２８】検波回路５は受信増幅回路４を介して受信
された反射波信号を検波する。レベル比較回路６は所定
の閾値以上の反射波信号のレベルのとき、その出力を
“１”とし、所定の閾値以上でないとき、その出力を
“０”とするシュミット回路または比較回路等からな
る。後縁ゲート発生回路７はレベル比較回路６の出力の
信号の立下りでトリガする単安定回路で、レベル比較回
路６の後縁でトリガし、微小時間△ｔだけ“１”となる
パルスを発生する。ゲート回路８はアンド回路またはア
ナログゲートからなり、後縁ゲート発生回路７の出力の
“１”によってゲートを開とし、“０”のとき、ゲート
を閉じる。

【００２９】遅延回路１１は遅延ケーブル或いはＬＣ回
路等の回路からなり、受信増幅回路４を介して受信され
た反射波信号を微小時間△ｔだけ遅延させるものであ
る。周波数計測回路９はゲート回路８で取出された反射
波信号の周波数を計測するカウンタ等からなる。また、
演算回路１０は周波数計測回路９から得た周波数を基に
そのドプラー周波数成分を抽出し、そのドプラー周波数
成分から車速を演算するものであり、通常、ドプラー周
波数成分と車速との関係は比例関係にあることから、所
定のカウンタの出力をコード変換したり、Ｄ／Ａ変換に
よって車速を得る。勿論、マイクロコンピュータによっ
て演算を行なってもよい。このマイクロコンピュータで
演算を行なう場合には、周波数計測回路９及び演算回路
１０の機能を持たせることができる。ここで、検波回路
５及びレベル比較回路６は、本実施例の信号抽出回路１
２を構成する。

【００３０】なお、公知のペアビーム方式においては、
この種の回路を一対有することになるが、ここではその
説明を省略する。

【００３１】〈回路構成の動作〉本実施例の車載用車速
計測装置は、次のように動作する。

【００３２】図４は本発明の一実施例の車載用車速計測
装置におけるタイミングチャートである。

【００３３】送信機３で周波数２００［KHz ］、継続時
間１［msec］の間歇超音波信号ａを１０［msec］毎に発
生させ、継続時間１［msec］の間歇超音波の発生タイミ
ング毎のみ、送受切替回路２は送信機３の出力を超音波
送受波器１側に接続し、超音波送受波器１から２００
［KHz ］帯の超音波振動を間歇的に出力する。

【００３４】送受切替回路２は送信機３から出力されて
いないとき、発生超音波送受波器１で受波した反射波を
受信増幅回路４に導き、反射波信号ｂを得る。検波回路
５は受信増幅回路４を介して受信された反射波信号を検
波し、検波信号ｃを得る。レベル比較回路６は所定の閾
値Ｅv 以上の反射波信号のレベルのとき、その出力を
“１”とし、所定の閾値Ｅv 以上でないとき、その出力
を“０”とし、パルス幅Ｔの反射波信号ｄを得る。そし
て、後縁ゲート発生回路７はレベル比較回路６の出力の
信号の立下り、即ち、レベル比較回路６の後縁でトリガ
し、微小時間△ｔだけ“１”となるパルスｅを発生す
る。このパルスｅはゲート回路８のゲート信号となり、
微小時間△ｔだけゲート回路８を開とする。

【００３５】受信増幅回路４を介して受信された反射波
信号ｂは、遅延回路１１によって受信増幅回路４を介し
て受信された反射波信号ｂを微小時間△ｔだけ遅延させ
ているから、ゲート回路８の入力信号は反射波信号ｂの
末尾の信号ｆとなる。したがって、周波数計測回路９で
ゲート回路８で取出された反射波信号の周波数を計測
し、演算回路１０で周波数計測回路９から得た周波数を
基にそのドプラー周波数成分を抽出し、そのドプラー周
波数成分から車速Ｖを演算し、それを出力とする。

【００３６】このように、本実施例の車載用車速計測装
置は、所定の俯角傾度を持って、間歇的に出力される超
音波信号を路面に送波し、その反射波を受波する超音波
送受波器１を有し、超音波送受波器１で受波した反射波
信号のドプラー周波数成分から車速を得る車載用車速計
測装置において、受波した反射波信号から所定以上の信
号を抽出する検波回路５及びレベル比較回路６からなる
信号抽出回路１２と、信号抽出回路１２の後縁から所定
時間だけゲートを開閉する後縁ゲート発生回路７と、後
縁ゲート発生回路７でゲートを開閉する所定時間だけ、
受波した反射波信号を遅延させる遅延回路１１と、後縁
ゲート発生回路７の出力によって遅延回路１１で遅延さ
せた反射波信号を取出すゲート回路８と、ゲート回路８
で取出された反射波信号の周波数を計測する周波数計測
回路９と、周波数計測回路９からそのドプラー周波数成
分を抽出し、車速Ｖを演算する演算回路１０とを具備す
るものである。

【００３７】したがって、検波回路５及びレベル比較回
路６からなる信号抽出回路１２で受波した反射波信号か
ら所定の閾値Ｅv 以上の信号を抽出し、その抽出した反
射波信号の後縁から所定時間だけゲートを開閉し、その
ゲートを開閉する所定時間だけ、前記受波した反射波信
号を遅延させておき、遅延させた反射波信号を取出し、
その取出された反射波信号の周波数を計測し、そのドプ
ラー周波数成分を抽出し、車速Ｖを演算することにな
る。これにより、水飛沫の反射波が時間的に早く、路面
の反射波の検出が遅く検出されることに対応し、喩え、
冠水した路面Ｅからの反射波であっても、路面反射波Ｓ
の信号レベルと水飛沫反射波Ｎの信号レベルとの比率Ｓ
／Ｎをできるだけ大きくした路面Ｅからの反射波を得る
ことができる。

【００３８】故に、超音波送受波器ＴＲ付近に、路面か
ら巻起す水飛沫Ｗや泥水の飛沫、雪、砂、塵埃によって
ノイズが発生しても、そのノイズ成分を路面から得た反
射波に含まれているノイズ成分から除去し、車速Ｖを得
るものであるから、如何なる道路の走行において、正確
な車速Ｖの検出が可能となる。

【００３９】ところで、上記実施例の信号抽出回路１２
は、検波回路５及びレベル比較回路６からなるが、本発
明を実施する場合には、反射波信号の所定の閾値Ｅv 以
上のレベルの後縁を検出すればよいことから、レベル比
較回路６及びリトリガー形単安定回路、レベル比較回路
６及び積分回路等で構成することができる。即ち、本発
明を実施する場合には、受波した反射波信号から所定以
上の信号を抽出する回路であればよい。

【００４０】また、上記実施例の後縁ゲート発生回路７
は、信号抽出回路１２の後縁から所定時間△ｔだけゲー
トを開閉する回路とするものであり、単安定回路等から
なるが、本発明を実施する場合には、信号抽出回路１２
の後縁から所定時間△ｔだけゲートを開閉できる信号を
発生できる回路であればよい。

【００４１】そして、上記実施例の後縁ゲート発生回路
７でゲートを開閉する所定時間だけ、受波した反射波信
号を遅延させる遅延回路１１は、信号抽出回路１２の後
縁から所定時間だけゲートを開閉する後縁ゲート発生回
路７の時限とを一致させるものであるが、本発明を実施
する場合には、正確に両者が一致する必要がなく、大旨
一致できる程度以上に遅延回路１１が遅延時間を長くで
きればよい。しかし、略同一の時限に設定すれば無駄が
少なくなる。

【００４２】なお、上記実施例の車載用車速計測装置
は、結果的に、その車速ベクトルの積分、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、ＡＢＳ装置、左右の車輪側の路面と車
両１００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。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の車載用車速計測
装置は、受波した反射波信号から所定以上の信号を信号
抽出回路で抽出し、その信号抽出回路の後縁から所定時
間だけゲートを開閉する信号を後縁ゲート発生回路で発
生させ、その後縁ゲート発生回路でゲートを開閉する所
定時間だけ、前記受波した反射波信号を遅延回路で遅延
させ、前記後縁ゲート発生回路の出力によって前記遅延
回路で遅延させた反射波信号をゲート回路で取出す。そ
して、前記ゲート回路で取出された反射波信号の周波数
を計測する周波数計測回路からそのドプラー周波数成分
を抽出し、車速を演算するものである。

【００４４】したがって、水飛沫の反射波が時間的に早
く、路面の反射波の検出が遅く検出されることに対応
し、喩え、冠水した路面からの反射波であっても、路面
反射波の信号レベルと水飛沫反射波の信号レベルとの比
率をできるだけ大きくした検出ができ、正確に路面から
の反射波を得ることができる。故に、超音波送受波器付
近に、路面から巻起す水飛沫や泥水の飛沫、雪、砂、塵
埃によってノイズが発生しても、そのノイズ成分を路面
から得た反射波に含まれているノイズ成分から除去し、
車速を得るものであるから、如何なる道路の走行におい
て、正確な車速の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の車載用車速計測装置
の基本原理説明図である。

【図２】図２は本発明の車載用車速計測装置の原理を示
す水飛沫と路面との反射波の出力条件を示す説明図であ
る。

【図３】図３は本発明の一実施例の車載用車速計測装置
の回路構成図である。

【図４】図４は本発明の一実施例の車載用車速計測装置
におけるタイミングチャートである。

【符号の説明】

Ｗ 水飛沫 Ｅ 冠水路面 １（ＴＲ） 超音波送受波器 ５ 検波回路 ６ レベル比較回路 ７ 後縁ゲート発生回路 ８ ゲート回路 ９ 周波数計測回路 １０ 演算回路 １１ 遅延回路 １２ 信号抽出回路

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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の俯角傾度を持って、間歇的に出力
   される超音波信号を路面に送波し、その反射波を受波す
   る超音波送受波器を有し、前記超音波送受波器で受波し
   た反射波信号のドプラー周波数成分から車速を得る車載
   用車速計測装置において、 前記受波した反射波信号から所定以上の信号を抽出する
   信号抽出回路と、 前記信号抽出回路の後縁から所定時間だけゲートを開閉
   する後縁ゲート発生回路と、 前記後縁ゲート発生回路でゲートを開閉する所定時間だ
   け、前記受波した反射波信号を遅延させる遅延回路と、 前記後縁ゲート発生回路の出力によって前記遅延回路で
   遅延させた反射波信号を取出すゲート回路と、 前記ゲート回路で取出された反射波信号の周波数を計測
   する周波数計測回路と、 前記周波数計測回路からそのドプラー周波数成分を抽出
   し、車速を演算する演算回路とを具備することを特徴と
   する車載用車速計測装置。