JPH09133767A

JPH09133767A - 車速計測方法及び装置

Info

Publication number: JPH09133767A
Application number: JP7291538A
Authority: JP
Inventors: Chogo Sekine; 兆五関根
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】車軸に車速センサを設ける必要を無くす。【解決手段】トランスデューサ１０を車両の下部に設
け、超音波を路面に送信する。路面からの反射波をトラ
ンスデューサ１０により受信し、ミキサ２０により周波
数変換し、周波数弁別器２６によりその周波数を弁別す
る。弁別結果に応じプロセッサ２８が局部発振周波数ｆ
_Ｌを制御する。中間周波数ｆ_Ｉと目標周波数ｆ_０の差Δ
ｆが０になるよう局部発振周波数ｆ_Ｌ又は送信周波数ｆ
_Ｔを制御した上で、局部発振周波数ｆ_Ｌ又は送信周波数
ｆ_Ｔに基づき、車速演算器３０がドプラ周波数、ひいて
は車速を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両において実行
され推測航法、自立航法等に利用可能な車速計測方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の現在位置等の情報をその車両の乗
員に知らしめる方法の一つとして推測航法が知られてい
る。この方法は、車軸の回転数乃至角度を検出する車速
センサ（レゾルバ、ロータリエンコーダ等）と、車両の
進行方向を検出する方位センサ（地磁気コンパス等）と
を共に車両に搭載しており、これらのセンサから得られ
る速度及び方位情報に基づき求めた車両の現在位置やこ
れまでの走行経路を地図画面等の上で乗員に知らしめる
方法である。この方法はその車両単独で実施できるとい
う利点を有している反面で、センサ出力の積分により累
積誤差が発生するためさほど精度を期待できないという
欠点を有している。そのため、通常は、ＧＰＳ（Global
Positioning System ）等のインフラストラクチャ利用
型測位システムにて車両の位置や速度を検出し、ＧＰＳ
衛星からの信号を受信できない状況等に限って推測航法
を補助的に実行する。このような航法は、自立航法と呼
ばれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】推測航法や自立航法を
実施するに際しては、車両の移動速度を何等かの手段で
検出しなければならない。その手段としては、通常、上
述のように車軸の回転数等を検出する車速センサが使用
される。しかし、車輪の直径は荷重、車速、温度等によ
り変化するため、車軸の回転数等を車速として扱うと車
輪直径の変化を原因とする誤差が発生してしまう。これ
は、上述の航法の精度をさらに悪化させる。また、上述
の原理による車速センサが搭載されていない仕様の車両
を改造し当該車速センサを新たに搭載するためには、車
軸又はその周辺の機構部材の改変や車両制御用電子ユニ
ットの改変等が必要になる。このような改変は一般使用
者にとっては困難であり、またこの種の改変が車両製造
業者の十分な指導がない下で行われたとしたら安全上の
問題が発生する。

【０００４】本発明の目的の一つは、無線技術を利用し
た車速検出手法の提案により、車軸の回転数や回転角度
を検出することなく車両の速度を検出可能にすることに
ある。本発明の目的の他の一つは、上述の目的の達成を
通じ、車輪直径の変化による測位誤差が発生しない航法
装置を提供可能にすると共に、車両への取付けに格別の
知識・技能を要しない航法装置を提供可能にすることに
ある。本発明のさらに他の目的の一つは、速度検出の安
定化・正確化にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】このよう
な目的を達成するために、本発明の第１の構成に係る車
速計測方法及び装置は、車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔ
の無線信号を送信し、路面から周波数ｆ_Ｒ＝ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｄ
の反射信号を受信し、反射信号と周波数ｆ_Ｌの局部発振
信号との混合により周波数ｆ_Ｉ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｌの中間周波
数信号を発生させ、目標周波数ｆ_０と周波数ｆ_Ｉの差Δ
ｆが０となるよう周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御し、差Δｆ
が実質的に０に至っているときの周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔに
基づき、車両の対路面移動により生じるドプラ周波数ｆ
_Ｄ＝ｆ_Ｌ＋ｆ_０−ｆ_Ｔを検出し、上記ドプラ周波数ｆ_Ｄ
から車両の対路面移動速度ｖを求めることを特徴とす
る。

【０００６】従って、本構成によれば、車軸の回転数や
回転角度を検出することなく車両の速度を検出できる。
本構成を航法装置にて使用した場合、荷重、車速、温度
等により車輪の直径が変化したとしても、それにより測
位誤差が発生することがなく、正確な情報を車両乗員に
提供可能になる。また、車両に取り付けるべき部材は無
線信号の送受信手段（例えば超音波トランスデューサや
アンテナ）やこれに接続される電子回路のみであるか
ら、安全性が問題になるような作業は発生せず、また車
両への取付けに格別の知識・技能は必要でない。加え
て、ドプラ周波数ｆ_Ｄの検出に先立ち周波数ｆ_Ｌ又はｆ
_Ｔが目標周波数にロックされるから、ドプラ周波数ｆ_Ｄ
の検出を安定に実行することができる。さらに、中間周
波数への変換後にすなわち較的低い周波数にて、周波数
差の弁別等を実行しているから、装置構成が簡素かつ安
価になる。

【０００７】本発明の第２の構成に係る車速計測方法及
び装置は、車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔの無線信号を
送信し、路面から周波数ｆ_Ｒの反射信号を受信し、目標
周波数と周波数ｆ_Ｒとの差が０となるよう周波数ｆ_Ｔを
制御し、差が実質的に０に至っているときの周波数ｆ_Ｔ
に基づき、車両の対路面移動により生じるドプラ周波数
ｆ_Ｄ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｔを検出し、上記ドプラ周波数ｆ_Ｄから
車両の対路面移動速度ｖを求めることを特徴とする。本
構成においても、中間周波数への変換により得られる効
果を除き、第１の構成と同様の効果が得られる。

【０００８】本発明の第３の構成に係る車速計測方法及
び装置は、第１又は第２の構成において、ドプラ周波数
ｆ_Ｄを検出するのに先立ち、反射信号又は中間周波数信
号の振幅Ａが所定値Ａｔｈを上回ることとなるよう、周
波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御することを特徴とする。本構成
によれば、周波数差の弁別等に十分な振幅Ａが得られて
いるときに（例えば中間周波数が周波数弁別器の動作範
囲にあるときに）周波数差の弁別等を実施することがで
き、より確実かつ正確に処理結果が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【００１０】図１には、本発明の第１実施形態に係る車
速計測装置の構成が示されている。この実施形態で車速
計測のため使用されている無線信号はその送信周波数ｆ
_Ｔが１００〜２００ｋＨｚの範囲に属する超音波であ
り、この超音波の送受波のためトランスデューサ１０が
設けられている。トランスデューサ１０は図２に示され
るように車両１２の下部に取り付けられており、路面に
対し所定の俯角で超音波を送波し、路面からの反射波を
受波する。このように、本実施形態を採用すれば車軸に
車速センサを取り付ける必要がなくなるから、本実施形
態に係る車速計測装置を車両を製造する際に併せて取り
付ける際の作業性が高まる他、使用者による事後的な取
付けが容易になる。

【００１１】また、送信用発振器１４は、周波数ｆ_Ｔの
送信信号を発振し、これを１ｍｓｅｃ程度の幅を有する
パルスにて変調し、変調された送信信号を送受切替器１
６を介しトランスデューサ１０に供給する。これに応じ
トランスデューサ１０は超音波を送波し、路面からの反
射波を受波する。この反射波は路面に対する車両１２の
移動速度ｖによりドプラ偏移しているから、トランスデ
ューサ１０から出力される反射信号の周波数はｆ_Ｒ＝ｆ
_Ｔ＋ｆ_Ｄ（但しｆ_Ｄはドプラ周波数）となる。ミキサ２
０は、この反射信号を局部発振器１８にて生成された周
波数ｆ_Ｌの局部発信信号と混合することにより、周波数
ｆ_Ｉ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｌの中間周波数信号を生成する。受信信
号検出器２４及び周波数弁別器２６は、増幅器２２によ
り増幅された中間周波数信号を入力する。受信信号検出
器２４は中間周波数信号から振幅Ａを検出し、周波数弁
別器２６は所定の目標周波数ｆ_０に対する中間周波数ｆ
_Ｉの差Δｆ＝ｆ_Ｉ−ｆ_０を弁別する。

【００１２】プロセッサ２８は、図５に示されるよう
に、受信信号検出器２４から振幅Ａに関する情報を、周
波数弁別器２６から周波数差Δｆに関する情報を、それ
ぞれ入力する（１００）。上述のように受信周波数ｆ_Ｒ
の値は速度ｖにより変化するから、受信信号強度が高く
なる受信周波数ｆ_Ｒ、ひいては振幅Ａが大きくなる中間
周波数ｆ_Ｉは速度ｖにより変化する（図３参照）。プロ
セッサ２８は、この周波数変化にかかわらず後述の車速
検出を実行できるよう、局部発振周波数ｆ_Ｌを制御する
ことにより中間周波数ｆ_Ｉを周波数弁別器２６の動作範
囲内に保つ（１０２〜１１４）。具体的には、プロセッ
サ２８は、受信信号検出器２４にて検出された振幅Ａが
周波数弁別器２６の動作範囲に応じて設定されたしきい
値Ａｔｈ（図３及び図４参照）を上回るまで（１０２）
局部発振周波数ｆ_Ｌを微小値Δｆ_Ｌずつ繰り返し変化さ
せていき（１０４）、Ａ＞Ａｔｈが成立したときには、
周波数弁別器２６により弁別される周波数差Δｆ又はそ
の正負に応じ、実質的にΔｆ＝０が成立するよう局部発
振周波数ｆ_Ｌを制御する（１１６）。ここで、Δｆ＝ｆ
_Ｉ−ｆ_０、ｆ_Ｉ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｌ、ｆ_Ｒ＝ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｄである
から、Δｆ＝０であればｆ_Ｄ＝ｆ_Ｌ＋ｆ_０−ｆ_Ｔであ
る。車速演算器３０は、局部発振周波数ｆ_Ｌを検出する
と共に設計的に与えられている目標周波数ｆ_０を利用し
てこの式による演算を実行し、これによりドプラ周波数
ｆ_Ｄを求める。車速演算器３０は、周知の変換式を用い
てドプラ周波数ｆ_Ｄを速度ｖに換算し、その結果をナビ
ゲーションシステムのコントローラ（図示せず）に供給
する。このようにして、本実施形態においては、車軸に
センサを設けることなしに速度ｖを検出可能にしてい
る。従って、荷重、車速、温度等により車輪の直径が変
化したとしても、それにより測位誤差が発生することが
なく、正確な情報を車両乗員に提供可能になる。

【００１３】また、ミキサ２０→受信信号検出器２４又
は周波数弁別器２６→プロセッサ２８→局部発振器１８
→ミキサ２０の信号経路は、周波数ロックループを構成
している。従って、周波数ロックループがΔｆ＝０にロ
ックされている状態では、車速演算器３０は、安定的に
かつ連続的に正確な動作を実行できる。また、受信信号
検出器２４の出力を利用した制御により、中間周波数ｆ
_Ｉを周波数弁別器２６の動作範囲内に維持できる。さら
に、周波数ロックループがΔｆ＝０にロックされていな
い時点でも、不正確ではあれ（従って早期に）速度ｖを
演算・出力することが可能である。その際、Ａ＞Ａｔｈ
が成立していないことやΔｆ＝０が成立していないこと
等がプロセッサ２８により検出されているのであるか
ら、演算結果たる速度ｖが不正確であること又は装置の
動作が安定していないことを示す情報と共に、速度ｖを
出力することもできる。

【００１４】なお、図３においては、増加の結果局部発
振周波数ｆ_Ｌが最大値ｆ_ＬＨに至ったとき（１０８）及
び減少の結果局部発振周波数ｆ_Ｌが最小値ｆ_ＬＬに至っ
たとき（１１２）に、ステップ１０４にて局部発振周波
数ｆ_Ｌに加算される微小値Δｆ_Ｌの符号を正から負へ
（１１０）又は負から正へ（１１４）と反転させてい
る。但し、局部発振周波数ｆ_Ｌの初期値を最小値ｆ_ＬＬ
に設定しているものとする（１０６）。これは、局部発
振周波数ｆ_Ｌの可制御範囲（ｆ_ＬＬ≦ｆ_Ｌ≦ｆ_ＬＨ）全
域に亘って局部発振周波数ｆ_Ｌを変化させたにもかかわ
らずＡ＞Ａｔｈが成立しないようなケース（例えば超音
波送波方向全域に亘って吸音部材があり反射波が弱めら
れているケース）に対処するためである。

【００１５】図６には、本発明の第２実施形態に係る車
速計測装置の構成が示されている。この実施形態におい
ては、局部発信周波数ｆ_Ｌではなく送信周波数ｆ_Ｔが、
振幅Ａ及び周波数差Δｆに応じかつ図３と同様の手順
（但しｆ_Ｌをｆ_Ｔに置き換えたもの）で、制御される。
前述のように車速ｖの演算の基礎となるドプラ周波数は
ｆ_Ｄ＝ｆ_Ｌ＋ｆ_０−ｆ_Ｔであるのだから、この実施形態
のようにｆ_Ｌに代えてｆ_Ｔを可変制御してもよいこと
は、本願の技術分野に習熟した技術者にとっては、第１
実施形態に関する説明を参照すれば容易に理解し得るで
あろう。

【００１６】

【補遺】以上の説明では、本発明を専ら超音波利用にて
実現していたが、原理上本発明はその他の無線信号
（光、電波等）を用いて実現することも可能である。第
２実施形態では、中間周波数ｆ_Ｉへの変換を省略し、受
信信号検出器２４や周波数弁別器２６を無線周波数で動
作させるようにしてもよい。また、速度ｖをナビゲーシ
ョンシステムに供給する例を示したが、速度メータ、車
両駆動制御系、制動制御系等に供給してもよい。さら
に、ナビゲーションシステムとして推測航法、自立航法
等を想定しているが、これ以外の航法でも構わない。自
立航法としてはＧＰＳと推測航法を結合させた航法を想
定していたが、ＧＰＳ以外のインフラストラクチャ、例
えばＶＩＣＳ等を結合させてもよい。

【００１７】本発明は、次のような構成としても把握で
きる。これら第４〜第６の構成によれば、それぞれ第１
〜第３の構成と共通する作用効果が得られる。

【００１８】本発明の第４の構成に係る車速計測装置
は、車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔの無線信号を送信し
路面から周波数ｆ_Ｒ＝ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｄの反射信号を受信する
送受信手段と、反射信号と周波数ｆ_Ｌの局部発振信号と
の混合により周波数ｆ_Ｉ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｌの中間周波数信号
を発生させ、目標周波数ｆ_０と周波数ｆ_Ｉの差Δｆが０
となるよう周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御する周波数ロック
ループと、Δｆ＝０であるときの周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔに
基づき車両の対路面移動により生じるドプラ周波数ｆ_Ｄ
＝ｆ_Ｌ−ｆ_０−ｆ_Ｔを検出し、ドプラ周波数ｆ_Ｄから車
両の対路面移動速度ｖを求める車速演算器と、を備える
ことを特徴とする。

【００１９】本発明の第５の構成に係る車速計測装置
は、車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔの無線信号を送信し
路面から周波数ｆ_Ｒの反射信号を受信する送受信手段
と、目標周波数と周波数ｆ_Ｒとの差が０となるよう周波
数ｆ_Ｔを制御する周波数ロックループと、差が０である
ときの周波数ｆ_Ｔに基づき車両の対路面移動により生じ
るドプラ周波数ｆ_Ｄ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｔを検出し、ドプラ周波
数ｆ_Ｄから車両の対路面移動速度ｖを求める車速演算器
と、を備えることを特徴とする。

【００２０】本発明の第６の構成に係る車速計測装置
は、第４又は第５の構成において、さらに、周波数ロッ
クループが、ドプラ周波数ｆ_Ｄを検出するのに先立ち、
反射信号又は中間周波数信号の振幅Ａが所定値Ａｔｈを
上回ることとなるよう、周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御する
ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る車速計測装置の
回路構成を示すブロック図である。

【図２】トランスデューサの取付け態様の一例及び超
音波の送受波方向を示す車両側面図である。

【図３】プロセッサの動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】受信信号検出器の機能を説明するための図で
ある。

【図５】周波数弁別器の機能を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の第２実施形態に係る車速計測装置の
回路構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０トランスデューサ、１２車両、１４送信用発
振器、１８局部発振器、２０ミキサ、２４受信信
号検出器、２６周波数弁別器、２８プロセッサ、３
０車速演算器、ｆ_Ｔ送信周波数、ｆ_Ｒ受信周波
数、ｆ_Ｄドプラ周波数、ｆ_Ｉ中間周波数、ｆ_Ｌ局
部発振周波数、ｆ_０目標周波数、Δｆ周波数差、Ａ
振幅、Ａｔｈ振幅のしきい値。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔの無線信
号を送信し、路面から周波数ｆ_Ｒ＝ｆ_Ｔ＋ｆ_Ｄの反射信号を受信し、反射信号と周波数ｆ_Ｌの局部発振信号との混合により周
波数ｆ_Ｉ＝ｆ_Ｒ−ｆ_Ｌの中間周波数信号を発生させ、目
標周波数ｆ_０と周波数ｆ_Ｉの差Δｆが０となるよう周波
数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御し、差Δｆが実質的に０に至っているときの周波数ｆ_Ｌ又は
ｆ_Ｔに基づき、車両の対路面移動により生じるドプラ周
波数ｆ_Ｄ＝ｆ_Ｌ＋ｆ_０−ｆ_Ｔを検出し、上記ドプラ周波数ｆ_Ｄから車両の対路面移動速度ｖを求
めることを特徴とする車速計測方法。
【請求項２】車両から路面に向け周波数ｆ_Ｔの無線信
号を送信し、路面から周波数ｆ_Ｒの反射信号を受信し、目標周波数と周波数ｆ_Ｒとの差が０となるよう周波数ｆ
_Ｔを制御し、差が実質的に０に至っているときの周波数ｆ_Ｔに基づ
き、車両の対路面移動により生じるドプラ周波数ｆ_Ｄ＝
ｆ_Ｒ−ｆ_Ｔを検出し、上記ドプラ周波数ｆ_Ｄから車両の対路面移動速度ｖを求
めることを特徴とする車速計測方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の車速計測方法にお
いて、ドプラ周波数ｆ_Ｄを検出するのに先立ち、反射信号又は
中間周波数信号の振幅Ａが所定値Ａｔｈを上回ることと
なるよう、周波数ｆ_Ｌ又はｆ_Ｔを制御することを特徴と
する車速計測方法。
【請求項４】請求項１乃至３記載の方法を実行するこ
とを特徴とする車載用車速計測装置。