JPS633268B2

JPS633268B2 -

Info

Publication number: JPS633268B2
Application number: JP54047015A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iijima; Kenji Cho; Takao Kadowaki; Masuo Kawana; Kazuo Mikami; Teruhiko Tsuzuki; Masakatsu Matsuzaki; Masataka Fukushima; Ryohei Kawasaki
Original assignee: Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1979-04-16
Filing date: 1979-04-16
Publication date: 1988-01-22
Also published as: JPS55138669A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、相前後する２台の車両間の車間距
離を測定する装置に関する。

貨物を車両に積込み、この車両を無人運行して
ステーシヨンからステーシヨンに貨物を輸送する
物流システムが開発されつつある。この物資輸送
システムにおいて、車両の運行はセンタで集中的
に制御される。ところで、物資の輸送効率を高め
るためには多数の車両を同時に運行させ、車両の
相互間隔を小さくすることが必要である。しか
し、運行間隔を短かくし走行車両台数を多くする
とセンタでの制御装置が巨大となり、設備や維持
費の点から経済的な運営は因難となる。そこで、
多数の車両を物理的に連結せずに一編成として走
行させ、各編成の先頭車をセンタで走行制御し、
後続の車両については先行車両との間隔を一定に
保持しながら各車両単独の走行制御を行ない、セ
ンタにおける制御の負担を軽減させることが考え
られる。このような走行制御システムにおいて
は、車両間隔を正確にかつ連続的に測定する装置
が必要となる。

先行する車両とこれに続く車両との車間距離を
測定する装置の１つに超音波を用いた装置があ
る。この測定装置は、１〜数10ｍ程度の近距離の
測定に適している。超音波車間距離測定装置は、
第１図に示すように、先行車両４および後続車両
（測定車両）１のそれぞれに搭載された超音波送
受信装置９および７と、測定車両８に搭載された
車間距離演算装置８とから構成されている。送受
信装置７，９は、相対する車両に向けて超音波を
送波する送波器２，６、および相対する車両から
送られた超音波を受波する受波器３，５をそれぞ
れ備えている。第２図を参照して、測定車両１の
送波器２から周波数（f1）（たとえば25KHz）の
超音波を先行車両４に向けて送波する。この超音
波が先行車両４の受波器５によつて受波される
と、送受信装置９はただちに周波数（f2）（たと
えば20KHz）の超音波を測定車両１に向けて送波
器６から送波する。この周波数（f2）の超音波が
測定車両１の受波器３によつて受波されると、同
様に、送受信装置７はただちに周波数（f1）の超
音波を送波する。このようにして、周波数（f1）
（f2）の超音波が両車両１，４間を絶えず往復す
る。このような相前後する車両１，４間で超音波
の送受を繰返えす方式は、シングアラウンド方式
と呼ばれている。異なる周波数（f1）（f2）の超
音波が用いられているのは、相互干渉を防ぐため
である。

送受信送置７，９による超音波受波から送波ま
での時間遅れを無視すれば、測定車両１の送受信
装置７による超音波の送波周期（Ｔ）は、超音波
が両車両１，４間を往復するのに要する時間に等
しい。したがつて、先行車両４と測定車両１との
車間距離(D)は送波周期（Ｔ）を用いて、Ｄ＝Ｔ／２・Ｖ ……(1) で表わされる。ここで（Ｖ）は音速である。演算
装置８は、送波周期（Ｔ）を計時し、上式にもと
づいて車間距離(D)を算出する。両車両１，４また
はいずれか一方の車両が停止している場合であつ
ても、両車両１，４が走行している場合であつて
も、上記測定装置による車間距離の測定は正確に
行なわれる。

測定車両１の受波器３によつて超音波を受波し
たときただちに送波器２から超音波を送波せず
に、送受信装置７による超音波送波を一定周期で
行なうようにしてもよい。この場合には、送波器
２から超音波送波後、受波器３による受波検知ま
での時間にもとづいて車間距離が算出される。し
かしながら、シングアラウンド方式においては、
測定車両１からの送波周期が車間距離に応じて変
化し、車間距離が小さくなつたときには送波周期
が短かくなり、得られる距離情報が多くなるの
で、シングアラウンド方式の方が好ましい。

ところで、超音波の伝播速度（Ｖ）は周囲温度
によつて変化するから、周期（Ｔ）を正確に測定
しても正確な車間距離を測定できるとは限らな
い。演算装置８の演算処理において、温度変化に
もとづく超音波の伝播速度の変動を補正する必要
がある。

この発明は、周囲温度の変化にもとづく超音波
の伝播速度の変動を補正することができるととも
にその他の環境要因による誤動作を防止して、常
に正確な車間距離測定が可能な装置を提供するこ
とを目的とする。

この発明による車間距離測定装置は、相前後す
る２台の車両のそれぞれに搭載された超音波送受
信装置、ならびに少なくとも１台の車両に搭載さ
れた車間距離演算装置から構成されている。上記
２台の超音波送受信装置はともに、超音波送波
器、超音波受波器、受波超音波の周波数とは異な
る周波数のパルス状超音波を送波するよう上記超
音波送波器を駆動する送波駆動回路、上記超音波
受波器の出力信号から送波超音波の周波数とは異
なる周波数の信号成分を検知する受波検知回路、
上記受波検知回路の検知信号に応答してパルス状
超音波を送波するよう上記送波駆動回路を起動す
る手段、および上記送波駆動回路による送波超音
波の振幅を、上記起動手段による起動間隔に応じ
た大きさに設定する振幅制御手段を備えている。
上記車間距離演算装置は、周波数が周囲温度に応
じて変化する一連のクロツク・パルスを発生する
パルス発生装置と、上記起動手段による起動間隔
の間上記クロツク・パルスを計数する演算カウン
タとを備えている。

この発明によると、相前後する２台の車両に超
音波送受信装置が搭載され、これらの装置の間で
超音波の送受を繰返しているので、一方の車両に
おける超音波送波から受波までの時間に基づいて
車間距離を測定することが可能である。この車間
距離を測定する上記車間距離演算装置において、
時間を計時するための基礎となるクロツク・パル
スの周波数が周囲温度に応じて変化させられてい
るので、温度変化により超音波の伝播速度が変わ
つても常に正確な車間距離の測定が達成される。
超音波はその空中伝播においてしだいに減衰して
いき、減衰量は伝播距離に応じて変わる。この発
明では両車両から送波される超音波の振幅が車間
距離に応じた大きさに設定されているので、車間
距離に対応して増大する超音波の経路損失が補償
され、車間距離の大小にかかわらず常に正確な車
間距離測定が可能となる。さらにこの発明による
と、両車両間で送受する超音波の周波数が異なつ
ているので、これらの超音波の相互干渉を防止し
て誤りの無い超音波信号を受信できる。

以下、第３図から第６図を参照してこの発明の
実施例について詳しく説明する。

第３図および第４図を参照して、測定車両１に
搭載された超音波受信装置７において、基準パル
ス発生回路１１は、一定時間（T1）（たとえば
360（m^s））を計時するタイマを含み、この一定時
間（T1）ごとに基準パルスＡを発生する。この
タイマは、単安定マルチバイブレータ１３の出力
パルス（送波パルス）Ｂによつてリセツトされ
る。この発生回路１１は、後述するところから明
らかになるように、測定車両１から超音波を送波
後、一定時間（T1）以内に先行車両４からの超
音波を受波検知しない場合に、あらためて測定車
両１から超音波を送波するための基準パルスＡを
発生するものである。基準パルスＡは、自動同期
回路１２を経て単安定マルチバイブレータ１３に
送られる。単安定マルチバイブレータ１３は、同
期回路１２からパルス信号が入力したときにパル
ス巾Ｔ２の送波パルスＢを出力する。このパルス
巾Ｔ２は超音波の送波巾となる。送波パルスＢは
パルス変調回路１４に送られ、ここで周波数
（f1）の信号によつて変調され超音波信号となる。
この超音波信号は、送波制御回路１５で電圧制御
回路１８の出力に応じた大きさに電圧増巾され
る。他方、単安定マルチバイブレータ１３の出力
Ｂはリセツト・パルス回路１７にも送られ、この
回路１７でその立下りが検出される。電圧制御回
路１８は、回路１７から出力されるリセツト・パ
ルスごとにリセツトされ、その時点から時間に比
例し直線的に増大する電圧を発生する。基準パル
スＡにもとづいて単安定マルチバイブレータ１３
が作動する場合を除き、送波パルスＢの周期
（Ｔ）は、超音波が両車両１，４間を往復する時
間に等しく、車間距離(D)に比例している。したが
つて、電圧制御回路１８のリセツトされる直前に
おける最終電圧は車間距離(D)に比例した大きさで
あり、変調回路１４からの超音波信号は送波制御
回路１５で電圧制御回路１８の出力電圧に比例し
た大きさに電圧増巾されるから、車間距離(D)に比
例した振巾の超音波信号が得られる。このことに
より、車間距離(D)に対応して増大する超音波の経
路損失が補償される。このようにして車間距離(D)
に応じて増巾された超音波信号は送波増巾回路１
６で電流増巾されたのち送波器２に送られ、送波
器２から先行車両４に向けて超音波が送波され
る。

測定車両１から送波された超音波が先行車両４
の受波器５で受波されると、送受信装置９によつ
て受波に同期した送波パルスＥがつくられ、この
送波パルスＥにもとづいて周波数（f2）の超音波
が送波器６から測定車両１に向けて送波される。
そして、先行車両４からの超音波が測定車両１の
受波器３で受波されると、この受波信号は前置増
巾回路１９で増巾され、帯域増巾回路２０で周波
数（f2）の成分のみがとり出され、ついで利得調
整回路２１で後段のPLL回路（Phase Locked
Loop）２２の動作に適した電圧レベルに調整さ
れる。PLL回路２２は受波信号を検波するもの
で、その出力はパルス巾整形回路２３で波形整形
され受波パルスＦとなる。この受波パルスＦは次
段の微分および整流回路２４でその立上りが検出
され、自動同期回路１２を経て単安定マルチバイ
ブレータ１３にトリガ・パルスとして送られる。
このようして、単安定マルチバイブレータ１３か
らは受波パルスＦに同期した送波パルスＢが出力
される。送波パルスＢの周期（Ｔ）は、超音波が
両車両間を往復するのに要する時間に等しくなる
ことが理解されよう。超音波送波後、上記の一定
時間（T1）が経過するまでの間に受波パルスＦ
が得られない場合には、基準パルス発生回路１１
から基準パルスＡが発生し単安定マルチバイブレ
ータ１３に入力するので、両車両１，４間におけ
る超音波の送受は中断することなく継続的に行な
われる。

先行車両４に搭載された超音波送受信装置９
は、基準パルス発生回路および自動同期回路を備
えていないこと、パルス変調回路３４の変調周波
数が（f2）であること、および帯域増巾回路４０
で選択的に増巾する周波数が（f1）であることを
除けば、超音波送受信装置７と同じ構成であるか
ら、受波器５で超音波を受波したときに受波と同
期した超音波を送波器６から送波することは容易
に理解されよう。

車間距離演算装置８は、送波器２から送波され
る超音波の周期（Ｔ）を計時して車間距離(D)に変
換して表示するものであつて、単安定マルチバイ
ブレータ１３の送波パルスＢが入力している。超
音波の伝播速度（Ｖ）は温度によつて変化する。
演算回路８は、距離演算のためのクロツク・パル
スを温度に応じた周波数で発生する回路を含んで
いる。また、演算回路８は、送波器２から超音波
を送波したのち所定時間（T3）（たとえば350ｍ
ｓ、車間距離で約60ｍに相当）が経過しても受波
パルスＦが得られない場合に、そのときの車間距
離データを欠損として処理する回路を備えてい
る。

さて、超音波演算装置８に含まれる発振器５
１、温度設定回路５２およびPLL回路５３の詳
細は第５図に示されている。この図において、発
振器５１は一定周波数のパルスを発生する発振回
路６１と、この発振回路６１の出力パルスを分周
するカウンタ６２とから構成されている。カウン
タ６２の出力パルスの周波数を（fi）とする。温
度設定回路５２は、車間距離測定時の温度を設定
する10進デジタル・スイツチ６３と、デジタル・
スイツチ６３の出力を２進コードに変換するコー
ド変換回路６４とから構成されている。この設定
回路５２は、１℃ごとに細かく温度を設定しうる
ものであつても、10℃ないし15℃間隔で設定する
ものであつてもよい。PLL回路５３は、周波数
シンセサイザとして用いられており、電圧制御発
振器の周波数を局部発振器の周波数とミクスして
ビート・ダウンし、これをプログラマブル・カウ
ンタで分周するものである。このPLL回路５３
は、発振器５１の出力信号と後述するプログラマ
ブル・カウンタ７１の出力信号との位相差を検出
して電圧に変換する位相検出器６５、この位相検
出器６５の出力電圧を積分して平滑し位相差に比
例する連続的な電圧成分を取り出す低域通過フイ
ルタ６６、このフイルタ６６の出力電圧によつて
発振周波数（fo）が制御される電圧制御発振器６
７、周波数（fm）のパルス信号を発生する局部
発振器６８、電圧制御発振器６７と局部発振器６
８の出力を入力とし両発振器６７，６８の発振周
波数の差の周波数（fo−fm）の信号をつくりだ
すミキサ６９、このミキサ６９の出力信号成分の
みを通過させる低域通過フイルタ７０、このフイ
ルタ７０の出力を可変分周比（１／Ｎ）で分周す
るプログラマブル・カウンタ７１、および電圧制
御発振器６７の出力信号を分周するカウンタ７４
から構成されている。カウンタ７４の出力信号は
後述するようにクロツク・パルスＨとしてタイミ
ング回路５５を経て演算カウンタ５７に送られ
る。プロラマブル・カウンタ７１はさらに、適当
な進数のカウンタ７２とｎ進カウンタ７３とで構
成されている。そして、ｎ進カウンタ７３の進数
（ｎ）が、温度設定回路５２から送られるコード
入力によつて変えられる。このようなPLL回路
の出力信号の周波数（fo）は、よく知られている
ように、 fo＝fm＋Ｎ・fi ……(2) で表わされる。温度設定回路５２によつてプログ
ラマブル・カウンタ７１の分周比を変えることに
より、出力信号の周波数（fo）が変化することが
理解されよう。電圧制御発振器６７の出力はカウ
ンタ７４によつてさらに分周され、クロツク・パ
ルスＨとなる。

さて、音速（Ｖ）は、温度を（ｔ）としてＶ＝331＋0.6t ｍ／sec ……(3) で表わされ、また超音波の送波周期（Ｔ）は車間
距離(D)と音速（Ｖ）とで表わされ、上述のよう
に、Ｔ＝2D／Ｖsec ……(4) となる。この周期（Ｔ）を周波数（ｆ）のクロツ
ク・パルスで計時する場合にＴ＝１／ｆ ……(5) とおいて、ｆ＝１／2D（331＋0.6t）Hz ……(6) を得る。この式にＤ＝0.01ｍ、ｔ＝０℃を代入す
るとｆ＝16.55KHzとなる。このことは、周波数
ｆ＝16.55KHzのクロツク・パルスで車間距離(D)
を測定すると、クロツク・パルス１個が（クロツ
ク・パルスの１周期）１cmを表わしていることを
示している。そして、ｔ＝−10℃とおくとｆ＝
16.25KHzとなるから、10℃の温度変化に対して、
クロツク・パルスの周波数（ｆ）を0.3KHz変化
させれば、温度変化に対する超音波の伝播速度の
変動を補償しうることになる。

第５図の回路において、温度設定回路５２によ
つて−20℃から50℃までにわたつて10℃間隔で８
段階の温度補正を行なうものとする。−20℃の場
合にはクロツク・パルスの周波数(f)は15.95KHz
であつて、この周波数が基準となる。発振回路６
１の発振周波数を2MHzとし、カウンタ６２を
1000進カウンタとすると、fi＝2KHzとなる。局
部発振器６８の発振周波数をfm＝1565KHzとす
ると、第(2)式より fo＝1565＋2N ＫHz を得、Ｎ＝15とすればfo＝1595KHzとなる。カウ
ンタ７４を100進カウンタとすれば周波数ｆ＝
15.95KHzのクロツク・パルスを得る。カウンタ
７２を15進カウンタとすると、Ｎ＝15のときｎ＝
１である。ｎ＝２、３、……とすれば、クロツ
ク・パルスＨの周波数は16.25KHz、16.55KHz、
……と変化することが理解されよう。

さて、第３図にもどり第６図を参照して、演算
処理回路５４には単安定マルチバイブレータ１３
から出力される送波パルスＢが入力している。車
間距離(D)は２つの送波パルスＢ間隔で表わされる
から、この処理回路５４は計時すべき送波パルス
Ｂ間隔（測定期間）を検出してその間だけ“Ｈ”
レベルの出力Ｇを発生する。タイミング回路５５
は処理回路５４からの信号Ｇにもとづいて測定期
間だけクロツク・パルスＨをクロツク・パルスＩ
として演算カウンタ回路５７に送るとともに、測
定が終了した時点で読込み信号Ｋをデータ・ラツ
チ回路５８に送る。処理回路５４の出力Ｇはタイ
マ回路５６にも送られており、タイマ５６は送波
パルスＢごとにリセツトされる。タイマ回路５６
には上記所定時間（T3）が設定されている。こ
のタイマ回路５６はリセツトされるごとに計時動
作を開始してリセツトされることなく時間（T3）
を経過した場合に出力Ｊを発生する。この出力Ｊ
はリセツト信号として演算カウンタ５７に送られ
るとともに、タイミング回路５５に送られこの信
号Ｊにもとづいてタイミング回路５５から禁止信
号Ｍが出力されデータ表示駆動回路５９に送られ
る。演算カウンタ回路５７は、測定期間ごとにク
ロツク・パルスＩを計数する。上述のようにクロ
ツク・パルス１個が１cmの距離に相当するからカ
ウンタ５７の計数出力は両車両１，４間の距離を
表わしている。測定期間の終了の時点で読込み信
号Ｋがラツチ回路５８に送られるので、カウンタ
５７の計数値はラツチ回路５８に読込まれる。カ
ウンタ５７はこの読込みの後にリセツトされる。
ラツチ回路５８に記憶された車間距離データはデ
ータ表示駆動回路５９によつてデータ表示回路６
０の表示器に表示される。カウンタ５７による計
数開始後、タイヤ５６の設定時間（T3）が経過
しても未だ送波パルスＢが入力しない場合にはタ
イマ回路５６から出力Ｊが発生しカウンタ５７が
リセツトされるとともに、データ表示駆動回路５
９に禁止信号Ｍが送られるので計測データの表示
は行なわれない。この後、基準パルス発生回路１
１の基準パルスＡにもとづいて送波パルスＢが出
力されるから、演算装置８は元の状態に戻り、車
間距離の演算処理を続行する。

上記実施例では、温度設定回路に測定時の温度
を設定することによりクロツク・パルスの周波数
を温度に応じて変えているが、自動的に周囲温度
に応じてクロツク・パルスの周波数を変えること
もできる。この場合には、クロツク・パルス発生
器としてたとえば電圧制御発振器を用い、サーミ
スタ、CTR等の感温半導体の抵抗変化を電圧変
化に変換して上記電圧制御発振器の制御電圧とす
る。温度設定回路を用いる場合であつても必ずし
もPLL回路を用いる必要はない。たとえば、一
定周期のパルス信号を分周するカウンタの分周比
を温度設定回路の出力によつて単に変えるだけで
も設定された温度に応じて周波数の異なるクロツ
ク・パルスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、車間距離測定の原理を
示すもので、第１図は２台の車両および超音波送
受の様子を示す説明図、第２図は送波および受波
を示すタイム・チヤート、第３図はこの発明の実
施例を示すブロツク図、第４図は第３図に示す回
路のうち超音波送受信装置の各ブロツクの出力信
号を示すタイム・チヤート、第５図は車間距離演
算装置の一部の具体例をより詳細に示すブロツク
図、第６図は車間距離演算装置の各回路の出力信
号を示すタイム・チヤートである。１……後続車両（測定車両）、４……先行車両、
２，６……送波器、３，５……受波器、７，９…
…超音波送受信装置、８……車間距離演算装置、
５１……発振器、５２……温度設定回路、５３…
…PLL回路、５７……演算カウンタ回路、Ｈ…
…クロツク・パルス。

Claims

【特許請求の範囲】１相前後する２台の車両のそれぞれに搭載され
た超音波送受信装置、ならびに少なくとも１台の車両に搭載された車間距離演
算装置から構成され、上記超音波送受信装置は、超音波送波器、超音波受波器、受波超音波の周波数とは異なる周波数のパルス
状超音波を送波するよう上記超音波送波器を駆動
する送波駆動回路、上記超音波受波器の出力信号から送波超音波の
周波数とは異なる周波数の信号成分を検知する受
波検知回路、上記受波検知回路の検知信号に応答してパルス
状超音波を送波するよう上記送波駆動回路を起動
する手段、および上記送波駆動回路による送波超音波の振幅を、
上記起動手段による起動間隔に応じた大きさに設
定する振幅制御手段を備え、上記車間距離演算装置は、周波数が周囲温度に
応じて変化する一連のクロツク・パルスを発生す
るパルス発生装置と、上記起動手段による起動間
隔の間上記クロツク・パルスを計数する演算カウ
ンタとを備えている、車間距離測定装置。