JPH0755932A - 車載用超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波送受信器の地上高、路面条件等の測定
条件が変動しても、的確に目的の反射波を検出できるこ
と。 【構成】 後方用超音波送受波器ＴＲR と下方用超音波
送受波器ＴＲD をハウジングＢに一体に収容し、後方用
超音波送受波器ＴＲR 、下方用超音波送受波器ＴＲD か
ら得られた斜方向速度ＶR 及び直下方向速度ＶD を基
に、車速Ｖを演算するものであり、斜方向速度ＶR が含
む車輌１００のバウンジング等による上下動の変化によ
る影響が誤差となって現われるのを防止できる。故に、
信頼性の高い車速を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に取付けられ
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】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。

【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、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】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］、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。

【０００９】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。

【００１０】一方、超音波ビーム幅θ度を狭くした場合
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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。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】この種の超音波を使用
した路面という特定の反射体に限定して反射波を選択
し、より精度を向上しようとする運動測定用超音波計測
装置は、車輌の積荷・人員状態及び走行状態における車
体の上下振動、加減速時のノーズアップ、ノーズダウン
等での車高変化により、反射波が到来するまでの時間が
変動するものであるから、パルスドップラ方式では反射
波が受信される時点を予め固定して決定しておくと、場
合によっては、車高の変動による時間的なずれによって
正しい反射波を受信できなくなり、誤差が生ずるという
問題点があった。

【００１５】また、車輌の走行状態における車体の上下
振動、加減速時のノーズアップ、ノーズダウン等での車
高変化を検出するために、車輌の進行方向に超音波を出
力するものでは、走行中に雪或いは雨、泥等の付着によ
り、その動作の信頼性を低下させる可能性がある。そし
て、特に、路面が雪或いは雨で覆われているとき、その
反射波の到来が低下し、誤動作の要因になる可能性が高
い。

【００１６】そこで、本発明は、超音波送受信器の地上
高、路面条件等の測定条件が変動しても、的確に目的の
反射波を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】請求項１にかかる車載用
超音波計測装置は、車輌の反進行方向に対して所定の俯
角傾度を持って超音波を送波し、その反射波を受波する
後方用超音波送受波器と、車輌に対して垂直下方に超音
波を送波し、その反射波を受波する下方用超音波送受波
器と、それらの後方用超音波送受波器及び下方用超音波
送受波器をハウジングに収容して一体化したものであ
る。

【００１８】請求項２にかかる車載用超音波計測装置
は、車輌の反進行方向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後方用超音波送
受波器と、車輌の反進行方向に対して垂直下方に超音波
を送波し、その反射波を受波する下方用超音波送受波器
と、前記後方用超音波送受波器及び下方用超音波送受波
器を収容して一体化するハウジングとを具備し、前記後
方用超音波送受波器と下方用超音波送受波器から送波す
る超音波の周波数または送波する時間を互いに異にする
周波数としたものである。

【００１９】

【作用】請求項１においては、車輌の反進行方向に対し
て所定の俯角傾度を持って超音波を送波し、その反射波
を受波する後方用超音波送受波器は、車輌の進行方向の
速度ベクトル及び車輌の上下方向の速度ベクトルを検出
する。また、車輌の反進行方向に対して垂直下方に超音
波を送波し、その反射波を受波する下方用超音波送受波
器は、車輌の上下方向の速度ベクトルのみを検出する。
このとき、後方用超音波送受波器及び下方用超音波送受
波器はハウジングに収容されており、一体化されている
から、後方用超音波送受波器の車輌の下方向の速度ベク
トルは下方用超音波送受波器の車輌の上下方向の速度ベ
クトルに相当し、しかも、下方用超音波送受波器の車輌
の上下方向に送波する超音波はその反射波が大きくなる
から、その値が正確となり、それによって後方用超音波
送受波器の車輌の上下方向の速度ベクトルが補正できる
から、後方用超音波送受波器の速度ベクトルの信頼性も
向上する。

【００２０】請求項２においては、車輌の反進行方向に
対して所定の俯角傾度を持って超音波を送波し、その反
射波を受波する後方用超音波送受波器と、車輌の反進行
方向に対して垂直下方に超音波を送波し、その反射波を
受波する下方用超音波送受波器とから送波する超音波の
周波数または送波する時間を互いに異にする周波数と
し、相互干渉を防止する。

【００２１】

【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。

【００２２】〈基本的動作説明〉図１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、（ａ）は
ペアビーム方式による車載用超音波計測装置の側面図、
（ｂ）はペアビーム方式による車載用超音波計測装置の
基本的動作説明図である。

【００２３】図１において、車輌１００の進行方向に平
行し、進行方向の逆方向に対して俯角を４５度に設定し
た後方用超音波送受波器ＴＲR 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斜方向ビー
ムとして送波し、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車速（速度ベクト
ル）ＶＦを得るものである。具体的には、後方用超音波
送受波器ＴＲR は車輌１００の中央に後向きに配設して
いる。下方用超音波送受波器ＴＲD は、後方用超音波送
受波器ＴＲR と同一特性を持ち、所定の超音波ビーム幅
で超音波を路面に対して垂直方向に直下ビームとして送
波し、その反射波を受波するものであり、図１（ｂ）に
示すように、車輌１００の進行方向に対して９０度角変
位した位置に配設し、路面に対して直角に設定されてお
り、車速（速度ベクトル）ＶＲを得るものである。

【００２４】これら後方用超音波送受波器ＴＲR 、下方
用超音波送受波器ＴＲD はそれらをプリント回路基板等
と共にハウジングＢ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Ｂは車輌１０
０の下面に取付けられている。また、この実施例の下方
用超音波送受波器ＴＲD の超音波を放射する高さはＨ
［ｍ］である。

【００２５】なお、本実施例では斜方向送信周波数ｆ2
は直下方向送信周波数ｆ1 との干渉を防止するために、
その周波数を影響のない程度にずらせている。

【００２６】〔直下ビーム〕車輌１００が上下動する車
体バランス速度Ｕ、直下方向送信周波数ｆ1 、音速Ｃと
したとき、下方用超音波送受波器ＴＲD が受波するドプ
ラー周波数ｆd1は、 ｆd1＝２・f1・Ｕ／Ｃ ・・・・・・・・・・・・（５） Ｕ＝Ｃ・ｆd1／２f1 ・・・・・・・・・・・・（６） 〔斜方向ビーム（後方）〕車輌１００の車速Ｖとして、
ビーム角度θ、斜方向送信周波数ｆ2 としたとき、下方
用超音波送受波器ＴＲD と同一ハウジングＢに配設され
た後方用超音波送受波器ＴＲR が受波するドプラー周波
数ｆd2は、 ｆd2＝２・f2（Ｖｃｏｓθ＋Ｕｓｉｎθ）／Ｃ ・・・・・（７） これにより、 Ｖ＝（ｆd2・Ｃ／２f2−Ｕｓｉｎθ）／ｃｏｓθ ・・・・（８） この（８）式に（６）式を代入すると、 Ｖ＝（ｆd2／f2−ｆd1・ｓｉｎθ／f1）・Ｃ／２ｃｏｓθ ・・・（９） となり、これによってバウジング誤差のない車速Ｖを求
めることができる。更に、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。

【００２７】このとき、直下方向ビームによる受信波
は、路面からの垂直方向の反射波であるため、路面の種
類によらず比較的強い反射波が得られる。特に、冠水面
或いは積雪面等では、斜方向ビームに比較して十分強力
な反射波が得られるため、反射波の強度の比較による路
面判定が容易である。この性質を利用して路面の判定及
び計測信頼性の低い冠水面等であることを判定して、そ
の間の補間或いは補正処理を行ない易くすることができ
る。

【００２８】発明者等の実験によれば、路面の種類と直
下方向ビーム及び斜方向ビームとの強弱は、次のようで
ある。

【００２９】 〔直下ビームによる車高計測〕直下ビームは反射波の受
信レベルが安定しているため、車高の計測を行なうこと
もでき、積荷センサとしての使用も可能である。

【００３０】因に、計測車高ｈ、積荷量Ｗ、車輌１００
のバネ定数ｋ、車体重量Ｗo とするとき、 Ｗ＝Ｗo −ｋ・ｈ ・・・・・・・・・・・・（１０） となり、容易に車高を得ることができる。

【００３１】〈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における回路構成図である。

【００３２】図２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。後方用超音
波送受波器ＴＲR は２００［KHz ］帯の超音波振動を所
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は後方用超音波送受波器ＴＲR 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 がオンして後方用超音波送受波
器ＴＲR より送信すると同時にツェナーダイオードＺＤ
2 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。

【００３３】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。

【００３４】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、後方用超音波送受波器ＴＲR は超音波を発生
する。

【００３５】送受切替回路３を介して検出された後方用
超音波送受波器ＴＲR 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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】この種の後方用超音波送受波器ＴＲR 、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、後方用超音波送受波器ＴＲR 、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Ｐ
ＬＬ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ＲＥＡＲを構成している。

【００４１】また、他の下方用超音波送受波器ＴＲD を
用いた超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】〈回路構成の全体基本的動作〉超音波送受
信回路ＲＥＡＲは次のように動作する。

【００４５】後方用超音波送受波器ＴＲR からは周波数
２００［KHz ］、継続時間１［msec］のバースト波を１
０［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 ］の出力によって後方用超音波送受波器
ＴＲR 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。

【００４６】また、後方用超音波送受波器ＴＲR 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２０
０±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、これによって後方用超音波送受波
器ＴＲＲ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。

【００４７】また、超音波送受信回路ＵＮＤＥＲについ
ても同様に動作するが、その動作説明は省略する。

【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は同じく
車速演算処理のフローチャート、図８は同じくビームモ
ード判定処理のフローチャート、図９は同じくゲート位
置演算処理のフローチャートである。そして、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。

【００４９】なお、基本的動作は超音波送受信回路ＲＥ
ＡＲと超音波送受信回路ＵＮＤＥＲとは同一であるの
で、ここでは超音波送受信回路ＲＥＡＲを中心に動作説
明するが、当然、超音波送受信回路ＵＮＤＥＲも同様に
制御される。

【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で超音波送受信回路ＲＥＡＲ
及び超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ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。

【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ＲＥＡＲ、超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ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ＲＥ
ＡＲ、超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ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
［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、後方用超音波
送受波器ＴＲR 及び下方用超音波送受波器ＴＲD の送波
入力は出力ｅ2 のようになる。また、その反射波は後方
用超音波送受波器ＴＲR または下方用超音波送受波器Ｔ
ＲD を介して出力ｅ3 のようになる。

【００５３】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ＲＥＡＲ、超音波送受信回路ＵＮ
ＤＥＲが同時に制御される。しかし、以降は、超音波送
受信回路ＲＥＡＲ、超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ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Ｔ
s が異なることから、超音波送受信回路ＲＥＡＲ、超音
波送受信回路ＵＮＤＥＲ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。

【００５４】ステップＳ８で超音波送受信回路ＲＥＡＲ
（超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ）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ＲＥＡＲ（超音波送
受信回路ＵＮＤＥＲ）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で受信ゲートを閉じ、ステップＳ
１４の処理に入る。即ち、ステップＳ８からステップＳ
１３では、各超音波送受信回路ＲＥＡＲ（超音波送受信
回路ＵＮＤＥＲ）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ＲＥＡＲ（超音波送
受信回路ＵＮＤＥＲ）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。

【００５５】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ＲＥＡＲ
（超音波送受信回路ＵＮＤＥＲ）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ＲＥＡＲ（超音波送受
信回路ＵＮＤＥＲ）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『車速演算処理』のルーチンをコールす
る。

【００５６】続いて、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Ｓ２
１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Ｓ２２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、ステップＳ
２４で次の車速演算に使用する比例定数のＫ1，Ｋ2 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】〈車速演算処理〉ステップＳ１９で『車速
演算処理』のルーチンがコールされると、ステップＳ４
１で斜方向速度ＶR を計算する。斜方向速度ＶR は、 ＶR ＝Ｋ1 ｃｏｕｎｔＸ1 ・・・・・・・・・・（１１） で演算し、また、ステップＳ４２で直下方向速度ＶD を
計算する。直下方向速度ＶD は、 ＶD ＝Ｋ2 ｃｏｕｎｔＸ2 ・・・・・・・・・・（１２） で演算する。そして、ステップＳ４３で『ビームモード
判定処理』ルーチンをコールし、その処理結果を用い
て、ステップＳ４４で高速走行時、冠水路面等の補正を
マップに準備された補正定数表から該当する定数を選択
し、斜方向速度ＶRの補正を行なう。

【００６１】ステップＳ４５で補間フラグが立っている
か判定し、補間フラグが立っていないとき、ステップＳ
４６で車速Ｖを演算する。車速Ｖは、式（９）により、 Ｖ＝ＶR −ＶD ｔａｎθ ・・・・・・・・・・（１３） で演算される。また、ステップＳ４５で補間フラグが立
っているとき、後述するように、斜方向ビームによる受
信レベル及び直下方向ビームによる受信レベルが弱いこ
とを意味するから、ステップＳ４７で前回演算した車速
Ｖをそのまま使用する。

【００６２】即ち、このルーチンでは、後方用超音波送
受波器ＴＲR を有する超音波送受信回路ＲＥＡＲ、下方
用超音波送受波器ＴＲD を有する超音波送受信回路ＵＮ
ＤＥＲから得られた斜方向速度ＶR 及び直下方向速度Ｖ
D を基に、車速Ｖを演算する。特に、斜方向ビームによ
る受信レベル及び直下方向ビームによる受信レベルが弱
いときには、新規に車速Ｖの計算を行なわず、前回の車
速Ｖをそのまま使用するものである。

【００６３】〈ビームモード判定処理〉ステップＳ４３
で『ビームモード判定処理』ルーチンがコールされる
と、ステップＳ５１で斜方向ビームの受信レベルを判断
し、その受信レベルが強いとき、ステップＳ５４で補間
フラグを降ろし、このルーチンを脱する。ステップＳ５
１で斜方向ビームの受信レベルが弱いと判定されたと
き、ステップＳ５２で直下方向ビームの受信レベルを判
定し、直下方向ビームの受信レベルが弱いと判定された
とき、斜方向ビームによる受信レベル及び直下方向ビー
ムによる受信レベルが弱く、その信頼性が低下する旨を
明示すべくステップＳ５５で補間フラグを立てて、この
ルーチンを脱する。

【００６４】また、ステップＳ５１で斜方向ビームの受
信レベルが弱く、ステップＳ５２で直下方向ビームの受
信レベルが強いと判定されたとき、このような状態は冠
水路面或いは圧雪される前の積雪路面、アスファルトの
路面が堅固になっておらず流動性を持つウェットアスフ
ァルト路面の状態を意味するから、ステップＳ５３で路
面補正を行なうべくマップに準備された補正定数表から
該当する定数を選択し、ステップＳ５４で補間フラグを
降ろし、このルーチンを脱する。

【００６５】〈ゲート位置演算処理〉ステップＳ２０で
『ゲート位置演算処理』ルーチンがコールされると、
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Ｓ６１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Ｓ６２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Ｘc に格納す
る。ステップＳ６３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Ｓ６４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Ｓ６４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Ｔ2 を求める。
ステップＳ６５でＴ2 −Ｔ1 の幅が１［msec］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Ｓ６６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Ｓ６３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Ｓ６５でＴ2 −Ｔ1 の幅が１［msec］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。

【００６６】このように、本実施例の車載用超音波計測
装置は、車輌の反進行方向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後方用超音
波送受波器ＴＲR と、車輌の反進行方向に対して垂直下
方に超音波を送波し、その反射波を受波する下方用超音
波送受波器ＴＲD と、前記後方用超音波送受波器ＴＲR
及び下方用超音波送受波器ＴＲD を収容して一体化する
ハウジングＢとを具備するものであり、これは請求項１
の実施例に相当する。

【００６７】したがって、後方用超音波送受波器ＴＲR
と下方用超音波送受波器ＴＲD をハウジングＢに一体に
収容し、後方用超音波送受波器ＴＲR を有する超音波送
受信回路ＲＥＡＲ、下方用超音波送受波器ＴＲD を有す
る超音波送受信回路ＵＮＤＥＲから得られた斜方向速度
ＶR 及び直下方向速度ＶD を基に、車速Ｖを演算するも
のであり、斜方向速度ＶR が含む車輌１００のバウンジ
ング等による上下動の変化による影響が誤差となって現
われるのを防止できる。故に、信頼性の高い車速を得る
ことができる。

【００６８】また、特に、本実施例においては、斜方向
ビームによる受信レベル及び直下方向ビームによる受信
レベルが弱いときには、その信頼性を良くするため、新
規に車速Ｖの計算を行なわず、前回の車速Ｖをそのまま
使用するものであるから、その車速Ｖの信頼性を一層高
めることができる。

【００６９】そして、後方用超音波送受波器ＴＲR によ
る斜方向ビームの受信レベルが弱く、下方用超音波送受
波器ＴＲD による直下方向ビームの受信レベルが強いと
判定されたとき、このような状態は冠水路面、圧雪され
る前の積雪路面、ウェットアスファルト路面の状態を意
味するから、ステップＳ５３で後方用超音波送受波器Ｔ
ＲR による斜方向ビームに路面補正を行なうべくマップ
に準備された補正定数により、車速Ｖの補正を行ない、
道路条件に拘束されることなく、常に正確な車速を得る
ことができる。

【００７０】更に、下方用超音波送受波器ＴＲD による
直下ビームは反射波の受信レベルが安定しているため、
車高の計測を行なうこともでき、積荷センサとしての使
用も可能であり、また、それに止まることなく、車高調
整、サスペンション制御に使用することもできる。

【００７１】本実施例の車載用超音波計測装置は、車輌
の反進行方向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後方用超音波送受波器Ｔ
ＲRと、車輌の反進行方向に対して垂直下方に超音波を
送波し、その反射波を受波する下方用超音波送受波器Ｔ
ＲD と、前記後方用超音波送受波器ＴＲR 及び下方用超
音波送受波器を収容して一体化するハウジングＢとを具
備し、前記後方用超音波送受波器ＴＲR と下方用超音波
送受波器ＴＲD から送波する超音波の周波数を互いに異
にする周波数としたものであり、これは請求項２の実施
例に相当する。

【００７２】したがって、後方用超音波送受波器ＴＲR
と下方用超音波送受波器ＴＲD から送波する超音波の周
波数を互いに異にする周波数としたものであるから、相
互の周波数が干渉するのを防止できる。

【００７３】ところで、本実施例では、後方用超音波送
受波器ＴＲR と下方用超音波送受波器ＴＲD から送波す
る超音波の周波数を互いに異にする周波数とすること
で、相互の干渉を防止しているが、本発明を実施する場
合には、送波する超音波の出力時間を互いに干渉が発生
しない時間に設定することもできる。しかし、後方用超
音波送受波器ＴＲR と下方用超音波送受波器ＴＲD の周
波数を互いに異にする周波数とする方が、廉価に装置を
構成することができる。

【００７４】また、上記実施例の後方用超音波送受波器
ＴＲR は、道路に超音波を反射させるものであるが、本
発明を実施する場合には、左右のタイヤ等の車輪の一部
に超音波を反射させてもよい。

【００７５】そして、上記実施例では、車速Ｖを得るも
のであるが、左右のタイヤの回転速度からヨートレート
を得たり、また、車速Ｖの積分、微分を行なうことによ
り距離、加速度として使用することもできる。また、装
置の設置箇所により、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。

【００７６】なお、上記実施例では、後方用超音波送受
波器ＴＲR 、下方用超音波送受波器ＴＲD 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ＲＥＡＲ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車
速Ｖ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Ｖに応じて反射波を受波する位置を変え
ると、より信頼性の高い速度が得られる。

【００７７】

【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、車輌の反進行方向に対して
所定の俯角傾度を持って超音波を送波し、その反射波を
受波する後方用超音波送受波器は、車輌の進行方向の速
度ベクトル及び車輌の上下方向の速度ベクトルを検出
し、また、車輌の反進行方向に対して垂直下方に超音波
を送波し、その反射波を受波する下方用超音波送受波器
は、車輌の上下方向の速度ベクトルのみを検出する。こ
のとき、後方用超音波送受波器及び下方用超音波送受波
器はハウジングに収容されており、一体化されているか
ら、後方用超音波送受波器の車輌の下方向の速度ベクト
ルは下方用超音波送受波器の車輌の上下方向の速度ベク
トルに相当し、しかも、下方用超音波送受波器の車輌の
上下方向に送波する超音波はその反射波が大きくなるか
ら、その後方用超音波送受波器の速度ベクトル値を正確
に補正できるから、後方用超音波送受波器の速度ベクト
ルの信頼性も向上する。

【００７８】したがって、後方用超音波送受波器と下方
用超音波送受波器をハウジングに一体に収容し、そこか
ら得られた斜方向速度ベクトル及び直下方向速度ベクト
ルを基に車速を演算するものであり、斜方向速度ベクト
ルを含む車輌のバウンジング等による上下動の変化によ
る影響が誤差となって現われるのを防止できるから、超
音波送受信器の地上高、路面条件等の測定条件が変動し
ても、的確に目的の反射波を検出でき、信頼性の高い車
速を得ることができる。

【００７９】請求項２の発明の車載用超音波計測装置に
おいては、車輌の反進行方向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後方用超
音波送受波器と、車輌の反進行方向に対して垂直下方に
超音波を送波し、その反射波を受波する下方用超音波送
受波器とから送波する超音波の周波数または送波する時
間を互いに異にする周波数とし、相互干渉を防止でき
る。

【００８０】したがって、請求項１の効果に加えて、後
方用超音波送受波器と下方用超音波送受波器の相互干渉
を防止できるから、より正確な車速を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一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は本発明の一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は本発明の一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は本発明の一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は本発明の一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は本発明の一実施例の車載用超音波計測装
置の割込みルーチンのフローチャートである。

【図７】図７は本発明の一実施例の車載用超音波計測装
置の車速演算処理のフローチャートである。

【図８】図８は本発明の一実施例の車載用超音波計測装
置のビームモード判定処理のフローチャートである。

【図９】図９は本発明の一実施例の車載用超音波計測装
置のゲート位置演算処理のフローチャートである。

【図１０】図１０は本発明の一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】

ＴＲR 後方用超音波送受波器 ＴＲD 下方用超音波送受波器 ＲＥＡＲ，ＵＮＤＥＲ 超音波送受信回路 Ｂ ハウジング Ｖ 車速 １００ 車輌

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 和郎 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輌の反進行方向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後方
   用超音波送受波器と、 車輌の反進行方向に対して垂直下方に超音波を送波し、
   その反射波を受波する下方用超音波送受波器と、 前記後方用超音波送受波器及び下方用超音波送受波器を
   収容して一体化するハウジングとを具備することを特徴
   とする車載用超音波計測装置。
2. 【請求項２】 車輌の反進行方向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後方
   用超音波送受波器と、車輌の反進行方向に対して垂直下
   方に超音波を送波し、その反射波を受波する下方用超音
   波送受波器と、前記後方用超音波送受波器及び下方用超
   音波送受波器を収容して一体化するハウジングとを具備
   し、 前記後方用超音波送受波器と下方用超音波送受波器から
   送波する超音波の周波数または送波する時間を互いに異
   にする周波数としたことを特徴とする車載用超音波計測
   装置。