JPH1020027A - 車両移動方向検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用する電波の周波数が同一又は近接した２
つのドップラセンサを用いて車両移動方向を検出する場
合、両センサ間でクロストークを生じ、測定精度が劣化
する。 【解決手段】 ２つのドップラセンサの放射器と受波器
の対は、レンズ１２２の光軸１２６に対し互いに異なる
水平方位に配置される。このそれぞれの位置において、
Ｌ方向に対応する放射器１０６、受波器１１０と、Ｒ方
向に対応する放射器１０７、受波器１１１とは、それぞ
れを構成するオープンエンド導波管の開口の短軸方向が
直交するように向きを調整されて配置される。電波の電
界面はこの短軸方向に平行であるので、この配置によ
り、両ドップラセンサの電波の偏波は互いに直交するこ
ととなり、一方の反射波が他方に混入しても弁別、除去
することができ、高い測定精度を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両走行面を電磁
波にて探査しそのドップラシフトに基づいて車両の移動
方向を検出する装置に関し、特にその精度の向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より物体間の相対速度を測定するた
めに、波動のドップラ効果を利用することが行われてき
た。自動車等の走行中の車両から路面に対して電波や超
音波などを放射したとき、路面にて反射された電波等の
周波数は、車両の速度に比例した量だけ放射時の周波数
と異なる。よって、この周波数の差異、すなわちドップ
ラシフトを測定することにより、自動車の速度を決定す
ることができる。このドップラ効果に基づく速度計測方
法を応用して、自動車の移動方向を計測することができ
る。

【０００３】図４は、特開平３−６５６８０号公報に開
示された車両移動方向検出装置であるベクトル速度計測
装置のブロック構成図である。また図５はこの装置を取
り付けた車両の模式的な正面図である。この装置はそれ
ぞれ送波器と受波器とを有した２つの超音波ドップラセ
ンサを用いたものである。２つの超音波ドップラセンサ
は発振器２を共有する。すなわち、２つの送波器４は共
に発振器２の出力を受けて、異なる水平方向の車両走行
面（路面６）に送信波８を放射する。各送信方向から反
射されるそれぞれの受信波１０を２つの受波器１２が受
波し電気的な受信信号に変換する。各検波器１４はそれ
ぞれ受信信号を発振器２の出力と混合して検波しドップ
ラシフトを情報として含んだドップラ信号を出力する。
２つの対地速度検出器１６は、それぞれドップラ信号か
ら対応するビーム方向の車両の速度の大きさを測定し、
移動方向検出器１８はこれら２方向の速度成分を、原理
的にはベクトル合成することによって車両２０のベクト
ル速度、すなわち移動方向と速度の大きさとを計測す
る。

【０００４】このような装置は、操舵により自動車の進
行方向が変化した場合だけでなく、タイヤのスリップな
ど操舵角によっては検知できない進行方向の変化も検知
することができるので、自動車の走行状態を的確に把握
して安全な走行を実現する走行制御システム等に必要と
されている。車両に搭載されることもあって、この装置
では、発振器２を２つのドップラセンサで共用すること
により、装置の小型化が図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記、従来の車
両移動方向検出装置は、２つのドップラセンサ間でクロ
ストークを生じる恐れがあった。すなわち、ある一方の
ドップラセンサの受波器では、これと対を成す送波器に
起因する受波成分である信号波成分に、もう一方のドッ
プラセンサの送波器からのクロストーク成分が混入す
る。このような場合、クロストーク成分を弁別、除去す
ることが困難となり、各ドップラセンサにて計測される
速度の誤差が増大し、ひいては移動方向の精度が劣化す
るという問題点があった。特に、装置の小型化に伴って
２つのドップラセンサ間の距離が縮小すると、クロスト
ーク成分が増大し、また上述したように装置の小型化の
ため１つの発振器の出力に基づいて２つのドップラセン
サから同一周波数にて送波を行うと、クロストーク成分
の弁別、除去は不可能となり車両移動方向検出装置とし
て動作不能になるという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、路面からの反射波の受信におけるドップラ
センサ間のクロストークの影響を低減し、高い精度で移
動方向を検出できる車両移動方向検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る車両移動方
向検出装置は、互いに異なる水平方位の車両走行面に向
けて車両から電磁波である送信波を放射し、前記走行面
で反射された前記電磁波である受信波を受信し、この受
信波に含まれるドップラ信号を出力する２つのドップラ
センサと、これらドップラセンサからそれぞれ出力され
るドップラ信号に基づいて車両の移動方向を求める信号
処理部とを有し、前記２つのドップラセンサからの前記
送信波の偏波は互いに直交関係にあることを特徴とす
る。

【０００８】本発明によれば、車両の移動方向の測定
に、例えば電波などの電磁波を走行面との間で送受信す
る２つのドップラセンサが用いられる。各ドップラセン
サの電磁波の送受信の水平方位、すなわち車両水平面に
垂直な方向から見た電磁波の向きは互いに異なるように
設定される。これにより水平面内の成分を主とする車両
の移動方向の検出が可能となる。これら２つのドップラ
センサから放射される電磁波の偏波は互いに直交関係に
ある。互いに直交する偏波は、電磁波を放射する送波
器、例えば導波管やマイクロストリップアンテナの配置
方向により実現できる。各ドップラセンサは放射した電
磁波（送信波）の反射された受信波を受信するものであ
り、よって受信波を受信する受波器は、送波器に応じた
配置方向を有する。一方のドップラセンサにて受信目的
とされる信号波成分とこれに混入する他方のドップラセ
ンサの電磁波すなわちクロストーク成分とは、互いに偏
波が直交することに基づいて弁別され、クロストーク成
分を除去することができる。なお、必ずしも完全な直交
ではなくとも相応のクロストーク除去効果を実現でき
る。クロストーク成分が除去されることにより、各ドッ
プラセンサが検出する前記各水平方位の車両速度の精度
が向上し、それら速度に基づく車両移動方向の精度も向
上する。

【０００９】本発明の好適な態様においては、前記２つ
のドップラセンサは、互いに共通の発振器を有し、それ
ぞれ当該発振器の出力に基づいて、互いに同一周波数の
前記送信波の放射及び前記ドップラ信号の検出を行うこ
とを特徴とする。本態様によれば、２つのドップラセン
サの電磁波の送受波は共通の発振器によって行われる。
このとき、送信波の周波数は両ドップラセンサ間で同一
となるが、それら送信波の偏波は互いに直交関係にある
ので、両ドップラセンサ間のクロストークによる測定精
度の劣化が防止される。よって精度が良好な車両移動方
向検出装置を発振器の共通化によって小型化することが
できる。

【００１０】本発明の好適な態様においては、前記各ド
ップラセンサは、前記電磁波を送受信するレンズアンテ
ナを有し、当該レンズアンテナは、２つのドップラセン
サについて共通な１つのレンズで構成されることを特徴
とする。本態様によれば、送信波の偏波を互いに直交関
係としたことにより、装置の精度を劣化させることなく
２つのドップラセンサを互いに近接して配置することが
できる。そこで両ドップラセンサを近接配置してレンズ
を２つのドップラセンサについて共通とし、装置の小型
化を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態である車
両移動方向検出装置について図面を参照して説明する。
図１は、自動車に搭載される本車両移動方向検出装置の
ブロック構成図である。本装置は異なる２つの水平方位
の車両走行面（路面）に対し電波を送受信する。ここで
は、これら２つの水平方位を車両直進方向に向かって左
右対称な方向とし、左方向をＬ方向、右方向をＲ方向と
称する。

【００１２】Ｌ方向送信回路４０とＲ方向送信回路４
１、Ｌ方向受信回路４４とＲ方向受信回路４５は、それ
ぞれ同一構成である。電波の送受信に用いる高周波を発
生する発振器５０は装置を小型化するため各送受信回路
にて共用される。発振器５０の出力はまず電力分配器５
２により二分され、この二分された出力がさらに各送信
回路４０、４１内の電力分配器５４によってそれぞれ二
分される。電力分配器５４の一方の出力は送信信号とし
て、マイクロストリップライン−導波管変換器５６及び
導波管を介して送信アンテナ５８に供給される。送信ア
ンテナ５８は送信波をその指向性ビーム方向の路面に放
射する。Ｌ方向、Ｒ方向に放射される２つの送信波は、
単一の発振器５０の出力によるものであるので、周波数
は同一である。

【００１３】受信アンテナ６０は送信アンテナ５８に近
接して配置され、路面で反射される受信波を受波する。
そのＲ方向、Ｌ方向の受信波はマイクロストリップライ
ン−導波管変換器６２を介して、それぞれ受信回路４
４、４５に受信信号として取り込まれる。検波器６４
は、この受信信号と電力分配器５４のもう一方の出力と
の周波数差を検出し、ドップラシフト情報を含んだドッ
プラ信号６６を出力する。

【００１４】発振器５０と電力分配器５２とは２つのド
ップラセンサ間で共用されているが、送信回路４０、受
信回路４４及びこれらに設けられた送信アンテナ５８、
受信アンテナ６０を含む系がＬ方向のドップラセンサを
構成し、送信回路４１、受信回路４５及びこれらに設け
られた送信アンテナ５８、受信アンテナ６０を含む系が
Ｒ方向のドップラセンサを構成する。

【００１５】信号処理部７０ではコンパレータ７２がド
ップラ信号６６を矩形波に整形し、フェーズロックルー
プ（ＰＬＬ）回路７４が矩形波を基にドップラシフトに
比例した電圧信号を生成して演算器７６に入力する。演
算器７６はＬ、Ｒ両方向の電圧信号を基に、路面や車両
移動方向に対する電波放射方向の角度に関する変換など
を行い、車両のベクトル速度７８、すなわち車両の速度
と移動方向とを求めて出力する。

【００１６】送信回路４０、４１、受信回路４４、４
５、発振器５０等を含む高周波回路はマイクロストリッ
プライン、高周波半導体素子を主体とした平面回路で構
成できる。発振器５０は、発信用の半導体素子として例
えばガンダイオードやＦＥＴなどを用いる。一方、検波
器６４はショットキバリアダイオードなどを用いて検波
を行う。本装置で用いられる電波の周波数は例えばＶバ
ンドと呼ばれる周波数帯であり、６０ＧＨｚ程度であ
る。

【００１７】図２は、本装置の垂直断面の模式図であ
る。図において、手前方向が車両の直進方向であるとす
る。筺体１００は金属製であり、その内部にＬ方向の送
受信用の高周波回路１０２及びＲ方向用の高周波回路１
０３が収納されており、また底部にＬ、Ｒ方向それぞれ
の放射器１０６、１０７、及びＬ，Ｒ方向それぞれの受
波器１１０、１１１として動作する４つのオープンエン
ド導波管が設けられている。

【００１８】筺体１００に内蔵されている各高周波回路
基板１０２、１０３上の送信回路４０、４１では、発振
器５０で発生された送信信号がマイクロストリップライ
ン及びマイクロストリップライン−導波管変換器５６を
介して放射器１０６、１０７であるオープンエンド導波
管に導かれ、その開口部から電磁波として空間に放射さ
れる。また、受波器１１０、１１１であるオープンエン
ド導波管の開口部に電波が入力されると、その電波は、
マイクロストリップライン−導波管変換器６２を介し
て、高周波回路基板１０２、１０３上の受信回路４４、
４５に取り込まれる。

【００１９】本装置は送信アンテナ５８と受信アンテナ
６０として、レンズアンテナを用い、レンズ１２２は送
信アンテナと受信アンテナとで共用としている。このレ
ンズ１２２は本装置で使用される電波に対して収束作用
を有しており、例えば誘電体を用いて形成される。レン
ズ１２２は光学的凸レンズと同様、光軸及びレンズ焦点
を有する。レンズ１２２のレンズ面と筺体１００とは共
に水平であり、レンズ１２２は筺体底面１２４から所定
距離、下方に離れた水平面内に保持される。この所定距
離は、レンズ１２２の焦点距離に応じて定められる。つ
まり、基本的には、レンズ焦点が筺体底面１２４上に位
置するように設定される。この焦点距離は例えば数１０
ｍｍ程度である。

【００２０】放射器１０６と受波器１１０の組をレンズ
１２２の光軸１２６から外れた位置に配置することによ
り、Ｌ方向のドップラセンサの指向性ビームの送受信方
向１２８を路面１３０に対し傾斜させることができる。
Ｒ方向のドップラセンサの送受信方向１２９についても
同様である。

【００２１】図３は、ドップラセンサの放射器および受
波器のレンズに対する配置を示す模式的な上面図であ
る。上述したように、Ｌ方向のドップラセンサの電波の
送受信を行う１次放射器対、つまりここでは放射器１０
６、受波器１１０の組は、レンズ１２２の焦点ｆから外
れた位置、つまりレンズ中心を通る光軸１２６から外れ
た位置に配置される。Ｌ方向のドップラセンサの送受信
方向１２８は、水平面内において１次放射器対とレンズ
中心とを結ぶ方向となる。送受信方向１２８の路面１３
０に対する傾斜角は１次放射器対とレンズ中心との水平
距離とその垂直距離とで決まる。例えば、上記のような
数１０ｍｍの垂直距離に対し、水平距離もおおよそその
程度とされ、例えば直下方向からの送受信方向１２８の
傾斜角は３０〜４０°とされる。Ｒ方向のドップラセン
サの１次放射器対の配置等は、上記Ｌ方向についてと同
様である。

【００２２】本発明の特徴は、それぞれ送受信される電
波の偏波方向が、Ｌ方向とＲ方向とで互いに直交してい
る点にある。次にこの点に関して図３を用いて詳しく説
明する。１次放射器である放射器、受波器を構成する各
導波管は矩形断面である。ここでは導波管の基本振動モ
ードを使用して送受信を行い、このとき、電界は導波管
開口の短軸方向、磁界はそれとは垂直な導波管開口の長
軸方向にそれぞれ向いている。電波の偏波を電界方向と
定義して以下、説明を進める。放射器１０６、１０７か
らはそれぞれの導波管開口の短軸方向に偏波を有した電
波が送信され、受波器１１０、１１１はそれぞれの導波
管開口の短軸方向に偏波を有した電波を受信する。よっ
て、例えばＬ方向に関して言えば、放射器１０６から放
射された電波の反射波を受信するため、受波器１１０は
放射器１０６と導波管開口の短軸方向を一致させて配置
される。Ｒ方向についても同様である。従来は、短軸方
向は単一のドップラセンサを用いる速度検出装置と同
様、送受信方向１２８、１２９で定まる水平方位に向け
られていた。これら２つの方向１２８、１２９は一般に
互いに直交せず、例えば、Ｒ方向の放射器１０７の送信
電波の電界はＬ方向の成分を有し、これがＬ方向の受波
器１１０にて検出され、クロストークを生じるという問
題を生じていた。本装置はこれを解決するために、Ｌ方
向とＲ方向とで導波管開口の短軸方向が互いに直交する
ように出力口、入力口の配置方向を定めている。

【００２３】その具体的な定め方の一例を述べる。まず
路面に対する所望の送受信方向１２８、１２９に基づい
て、各ドップラセンサの１次放射器対の中心、つまり放
射器と受波器とからなる系の中心ＣL 、ＣR の位置を決
定する。次に送受信方向１２８、１２９の成す水平角、
つまり直線ｆ−ＣL と直線ｆ−ＣR とが成す角を２等分
する方位を向いた軸１５０を、１次放射器と同一水平面
上に定義し、この軸１５０上に点ｆ' を、直線ｆ'-ＣL
と直線ｆ'-ＣR とが直交するように定める。Ｌ方向に関
しては放射器１０６、受波器１１０が、それらそれぞれ
の中心を直線ｆ−ＣL 上に置き、かつそれぞれの導波管
開口の短軸を直線ｆ'-ＣL と平行とするように配置さ
れ、同様にＲ方向に関しては放射器１０７、受波器１１
１が、それらそれぞれの中心を直線ｆ−ＣR 上に置き、
かつそれぞれの導波管開口の短軸を直線ｆ'-ＣR と平行
とするように配置される。これにより、両ドップラセン
サの１次放射器の偏波方向が直交される。なお、この
他、例えば、Ｌ方向に関して直線ｆ'-ＣL 上に放射器１
０６、受波器１１０のそれぞれの中心を置き、かつそれ
ぞれの導波管開口の短軸を直線ｆ'-ＣL と平行とし、Ｒ
方向に関しても同様な配置とするような定め方でもよ
い。両ドップラセンサの偏波方向が直交していることに
より、両センサが送受信する電波の周波数が同一である
にも係わらず、両センサ間にてクロストークが抑制され
る。よって両センサの１次放射対を近接して配置するこ
とができ、クロストークによる測定精度の劣化を生じる
ことなく装置を小型化することができる。

【００２４】なお、本装置では、車両の直進方向に対し
て左右対称に２つのドップラセンサが配置されているの
で、上記軸１５０はこの直進方向と一致し、各導波管の
開口は、それらの各短軸がこの直進方向に対して４５°
を成すように配置されることになる。また、各ドップラ
センサの放射器と受波器との間隔により、厳密には送信
と受信の方向は異なる。この差異は演算において考慮可
能であるが、演算器７６での処理を簡単とするために通
常は各ドップラセンサの放射器と受波器とはなるべく近
接配置され、送信と受信とは同一方向とする近似が用い
られる。本装置ではそのため、放射器、受波器に用いる
オープンエンド導波管がそれらにおけるＥ面（電界面）
方向に並べて配置されている。基本モードで使用した場
合、導波管のサイズはＨ面（磁界面）方向よりＥ面方向
に小さいことにより、各センサの２つの導波管はＨ面方
向よりＥ面方向に並べることによって、より近接配置さ
れ、送受波方向の同一性がさらに向上し、簡単な演算に
て精度のよい測定が可能となる。

【００２５】さらに、本装置はレンズ１２２が送信アン
テナ５８と受信アンテナ６０とで共用される点でも特徴
的である。つまり両ドップラセンサ間の近接配置による
クロストークが抑制されるので、両センサを近接配置し
てレンズを両センサについて共通とし、装置を小型化す
る。

【００２６】なお、筺体１００は必ずしも車両移動方向
検出装置に必要な上記回路全体を収納していなくてもよ
い。例えば、筺体１００内部では信号処理部７０におけ
る電圧信号への変換までが行われ、この電圧信号を筺体
１００から出力することとし、車両本体に搭載された車
両走行制御用のコンピュータを演算器７６として用い
て、ドップラシフトに応じた電圧信号から車両速度を求
める処理を行う構成も可能である。また、送受信の放射
器、受波器として、上述のようなオープンエンド導波管
に代えてマイクロストリップアンテナのような平面形状
のアンテナ素子を用いることもできる。この場合には、
マイクロストリップライン−導波管変換器５６、６２は
不要である。

【００２７】本装置は、２方向への指向性ビームに電波
を用いてその偏波方向を直交させた。同様のことは、光
を含む広義の電磁波を用いて可能である。超音波の代わ
りに電波を用いることにより、互いに偏波を直交させ装
置の精度を向上させる効果が得られるだけでなく、車体
底部に配置されるドップラセンサの汚れ、水しぶきによ
る特性劣化も比較的少なくなる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の車両移動方向検出装置によれ
ば、２つのドップラセンサの送受信波の電波の偏波を互
いに直交させたことにより、両ドップラセンサ間でのク
ロストークが防止され、移動方向を精度良く検出するこ
とができるという効果がある。また、クロストークが抑
制されたことにより両ドップラセンサを近接配置するこ
とができ、装置を小型することができるという効果も得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態に係る車両移動方向検出装置のブロ
ック構成図。

【図２】 本装置の垂直断面の模式図。

【図３】 本装置におけるドップラセンサの放射器およ
び受波器のレンズに対する配置を示す模式的な上面図。

【図４】 従来のベクトル速度計測装置のブロック構成
図。

【図５】 従来の装置を取り付けた車両の模式的な正面
図。

【符号の説明】

４０，４１ 送信回路、４４，４５ 受信回路、５０
発振器、５２，５４電力分配器、５６，６２ マイクロ
ストリップライン−導波管変換器、５８ 送信アンテ
ナ、６０ 受信アンテナ、６４ 検波器、６６ ドップ
ラ信号、７０信号処理部、７８ ベクトル速度、１００
筺体、１０２，１０３ 高周波回路基板、１０６，１
０７ 放射器、１１０，１１１ 受波器、１２２ レン
ズ、１２６ 光軸、１２８，１２９ 送受信方向、１３
０ 路面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なる水平方位の車両走行面に向
   けて車両から電磁波である送信波を放射し、前記走行面
   で反射された前記電磁波である受信波を受信し、この受
   信波に含まれるドップラ信号を出力する２つのドップラ
   センサと、 これらドップラセンサからそれぞれ出力されるドップラ
   信号に基づいて車両の移動方向を求める信号処理部と、
   を有し、 前記２つのドップラセンサからの前記送信波の偏波は互
   いに直交関係にあることを特徴とする車両移動方向検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記２つのドップラセンサは、互いに共
   通の発振器を有し、それぞれ当該発振器の出力に基づい
   て、互いに同一周波数の前記送信波の放射及び前記ドッ
   プラ信号の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の
   車両移動方向検出装置。
3. 【請求項３】 前記各ドップラセンサは、前記電磁波を
   送受信するレンズアンテナを有し、 当該レンズアンテナは、２つのドップラセンサについて
   共通な１つのレンズで構成されることを特徴とする請求
   項１記載の車両移動方向検出装置。