JPH03148086A - 超音波障害物センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動車等に利用される超音波障害物センサ
に関するものである。

特に、前方の路面状態を事前に感知して車体のショック
を緩和する自動車用サスペンション制御装置の超音波障
害物センサに関するものである。

［従来の技術］ 従来の超音波を使用した障害物センサとしては、例えば
特公平１−３０４３６号公報に示された車両のまわりの
障害物を検知するための装置がある・。

また、例えば特開昭６２−１３１８１３号公報に示され
た前方の路面状態を事前に感知して車゛体のシＥｌ　ツ
クを緩和するためのサスペンション装置がある。

従来、超音波で物体（障害物）を検知しようとする場合
は、超音波によりまわりの物体との距離を算出する方式
が多く、短距離（数ｃｍ）から長距離（数ｍ）までの物
体を正確に測定するための工夫が種々提案されている。

しかしながら、この方式では、所定の前方の路面からの
反射波も障害物として検知してしまうため、例えばホー
ンの指＝１ 向性を工夫するなどして、路面からの反射波を検知しな
いように工夫しているのが一般的で、逆に路面の反射波
信号のみを積極的に検出し、その信号の中から路上の障
害物を有効に検出するための信号処理についての提案は
無いのが現状である。

一方、連続波を前方の路上に照射し、連続的に受信波を
観察し、路上の障害物を検知する方法も提案されている
が、連続波では次のような多くの欠点があった。

■　送信子の発熱により、超音波のエネルギーを高くす
ることができない。

■　送受波の干渉、定在波の影響を受ける。

■　所定の前方の路面からの反射波かそれ以外の信号か
の区別がつかない。

■　凹凸以外の反射波の強度変化要因、例えば、風、温
度むらの影響を区別するよりどころがない。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したような従来の超音波障害物センサでは、路面か
らの反射波も障害物として検知してしまうため、ホーン
の指向性を工夫しなければならないという問題点があっ
た。

また、連続波を照射する場合には、送信子の発熱により
、超音波のエネルギーを高くすることができない等の問
題点があった。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、超音波を斜め前方の路面にパルスで発射し、そ
の反射波から路上の障害物を有効に区別して判別するこ
とができる超音波障害物センサを得ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波障害物センサは、以下に述べるよ
うな手段を備えたものである。

（ｉ）９間欠的に超音波を発生させるための指令信号を
発生するタイミング指令手段。

（ｉｉ　）　、上記指令信号に基づいて超音波信号を発
生する超音波信号発生手段。

（ｉｉｉ　）　、上記超音波信号に基づいて上記超音波
を路面へ送信する超音波送信手段。

（ｉｖ　）　　上記超音波の反射波を受信し受信信号を
発生する超音波受信手段。

一 （Ｖ　）　、　ｌ記受信信号をＡＭ検波しＡＭ検波信号
を出力する受信信号処理手段。

（ｖｉ）、上記指令信号に基づいて経過時間を演算する
経過時間演算手段。

（ｖｉｉ）、上記経過時間前は判別信号のレベルを上昇
させ、上記経過時間後は上記判別信号のレベルを下降さ
せる判別信号発生手段。

（ｖｉｉ）、上記ＡＭ検波信号と上記判別信号とを比較
して上記路面上の障害物の検出信号を出力する比較回路
。

［作用］ この発明においては、タイミング指令手段によって、間
欠的に超音波を発生させるための指令信号が発生される
。

また、超音波信号発生手段によって、上記指令信号に基
づいて超音波信号が発生される。

さらに、超音波送信手段によって、上記超音波信号に基
づいて上記超音波が路面へ送信される。

さらに、超音波受信手段によって、上記超音波の反射波
が受信され、受信信号が発生される。

さらに、受信信号処理手段によって、上記受信信号がＡ
Ｍ検波され、ＡＭ検波信号が出力される。

さらに、経過時間演算手段によって、」１記指令信号に
基づいて経過時間が演算される。

さらに、判別信号発生手段によって、上記経過時間前は
判別信号のレベルが上昇させられ、上記経過時間後は上
記判別信号のレベルが下降させられる。

そして、比較回路によって、上記ＡＭ検波信号と上記判
別信号とが比較されて、上記路面上の障害物の検出信号
が出力される。

［実施例］ この発明の実施例の構成を第１図、第２図、第３図、第
４図及び第５図を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
。

第１図において、この発明の一実施例は、タイミング指
令手段（１）と、このタイミング指令手段（１）に接続
された超音波信号発生手段（２）と、この超音波信号発
生手段（２）に接続されか５ つ車体のバンパ付近に設置された超音波マイクロホンな
どの超音波送信手段（３）と、同様に車体のバンバ付近
に設置された超音波マイクロポンなとの超音波受信手段
（４）と、この超音波受信手段（４）に接続された受信
信号処理手段（５）と、タイミング指令手段（１）に接
続された経過時間演算手段（６）と、この経過時間演算
手段（６）に接続された判別信号発生手段（７）と、受
信信号処理手段（５）及び判別信号発生手段（７）に接
続された比較回路（８）とから構成されている。

第２図は、この発明の一実施例のタイミング指令手段（
１）を示す回路図である。

第２図において、タイミング指令手段（１）は、例えば
日立製ＨＤ６３ＢＯＩＹのマイクロコンピュータ（１０
）と、このマイクロコンピュータ（１０）に接続された
水晶発振器（１１）と、マイクロコンピュータ（１０）
に接続された起動回路（１２）とから構成されている。

また、起動回路（１２）は、自動車の運転席に設置され
た自己復帰式常開型起動スイッチ（１３）と、この起動
スイッチ（１３）に接続された整形回路（１４）とから
構成されている。

第３図は、この発明の一実施例の超音波信号発生手段（
２）を示す回路図である。

第３図において、超音波信号発生手段（２）は、超音波
発振回路（２０）と、この超音波発振回路（２０）及び
タイミング指令手段（１）のマイクロコンピュータ（１
０）に接続されたＮＡＮＤゲート（２１）と、このＮＡ
ＮＤゲート（２］）に接続されたインバータ（２２）と
、このインバータ（２２）に接続された増幅回路（２３
）と、この増幅回路（２３）に接続された昇圧トランス
（２４）とから構成されている。

第４図は、この発明の一実施例の受信信号処理手段（５
）を示す回路図である。

第４図において、受信信号処理手段（５）は、超音波受
信手段（４）に接続された増幅回路（５０）と、この増
幅回路（５０）に接続されたＡＭ検波回路（５１）とか
ら構成されている。

第５図は、この発明の一実施例の経過時間演算一 − 手段（６）及び判別信号発生手段（７）を示す回路図で
ある。

第５図において、経過時間演算手段（６）は、タイミン
グ指令手段（１）のマイクロコンピュータ（１０）に接
続された単安定マルチパルス発生回路（６０）と、この
単安定マルチパルス発生回路（６０）に接続された単安
定マルチパルス発生回路（６１）とから構成されている
。

また、判別信号発生手段（７）は、単安定マルチパルス
発生回路〈旧）に接続された充電回路（７０）と、この
充電回路（７０）に並列接続された放電回路（７１）と
、充電回路（）０）及び放電回路（７１）に接続された
コンデンサ（７２）とから構成されている。

つぎに、上述した実施例の動作を第６図を参照しながら
説明する。

第６図は、この発明の一実施例の各部の信号波形を示す
タイミングチャート図である。

第６図において、ｖｏは指令信号、■、は駆動信号、ｖ
２は大きな障害物の無い路面からの反射波である受信信
号、ｖ２Ｗは障害物の存在する路面からの反射波である
受信信号、ｖ３はＡＭ検波信号、Ｖ４ａ及びｖ４ｂはタ
イミングパルス信号、ｖ５、■６は判別信号、■７は検
出信号である。

上述した受信信号ｖ２の時間１＋の区間は直接波や回り
込みによる不要な反射波の成分であり、時間１ｂは超音
波の送受信手段が隣接し指向性も路間−の場合には、第
１図に示した検出最短経路ｓｂの往復時間に相当する。

同様に、ｔ、は中央の経路Ｓａ、ｔｃは最遠の経路Ｓｃ
に相当し、音速をＣとすると、 ｔ、＝２３ａ／Ｃ１ ｔ、＝２Ｓｂ／Ｃ１ ｔｃ＝２ｓｃ／Ｃ となる。

タイミング指令手段（１）は、所定の間隔毎に所定の時
間、超音波をパルス発信するための、第６図に示す指令
信号Ｖ。を超音波信号発生手段（２）に供給する。

このタイミング指令手段（１）は、マイクロコ− ０ ンビュータ（１０）に内蔵されたプログラマブルタイマ
ーにより構成してもよいし、市販のタイマー用ＩＣを使
用しても容易に実現できる。タイミング指令手段（１）
の起動スイッチ（１３）は、その−時的な閉成によりロ
ーレベル信号を生じ、また整形回路（１４）はローレベ
ル信号を反転整形し起動信号として発生する。マイクロ
コンピュータ（１０）は、直流電源からの給電に応答し
て定電圧回路から定電圧を受けて作動状態となるもので
、水晶発振器（１１）の発振作用に基づき一連のクロッ
ク信号を発生し、これら各クロック信号に応答してその
内部にあらかじめ記憶したコンピュータプログラムを実
行し、指令信号■。を出力する。

超音波信号発生手段（２）は、指令信号ｖ０に基づいて
、所定の時間、所定の電圧、周波数である、第６図に示
す駆動信号■１により超音波送信手段（３）を駆動する
。

この超音波信号発生手段（２）は、超音波発振回路（２
０）から所定の高周波数にて生ずる一連の超音波発振パ
ルスを、マイクロコンピュータ（１０）からの指令信号
Ｖ。の発生中においてＮＡＮＤゲート（２１）を通じて
インバータ（２２）に付与すると共に、このインバータ
（２２）から順次上ずる超音波パルスを増幅回路（２３
）により一連の発振パルスとして増幅され、昇圧トラン
ス（２４）により昇圧されて超音波送信手段（３）に付
与される。

超音波送信手段（３）は、超音波パルスを斜め前方の下
方の路面に照射し、超音波受信手段（４）は、路面から
の反射波である受信信号ｖ２（ｖ２”）を受信する。

これら超音波送信手段（３）及び超音波受信手段（４）
の指向特性から、路面からの反射波の強度は、第６図に
示すように、時間ｔ、に相当する時点で最大値をとり、
時間ｔ５、ｔｃに相当する時点で消失することになる。

その間の強度の変化は、指向特性と幾何学レイアウトに
より定められる。

第６図に示すように、時間ｔ、でピークを示す略山形の
波形になる。

第６図に示す受信信号■２″は、障害物０が路面上に存
在している場合の観測波形を示したものである。路面だ
けの略山形の観測波形に、障害物０による反射波成分が
重畳して観測される。時間ｔ２は、超音波送受信手段（
３）、（４）と、障害物０との最短経路の往復時間に相
当する。

障害物０が路上に静止し、超音波障害物センサを搭載し
た自動車が路上を走行して障害物Ｏに近付き行きすぎる
場合を考えると、時間ｔｃの時点で障害物０を捕捉し、
時間ｔ、を経て時間ｔｂの時点で捕捉したのち検知不能
となって、その後自動車は障害物０を乗り越えて行きす
ぎることになり、時間ｔ２は１　ｃ−１、→ｔｂと変化
してゆく。

次に、障害物○に対応する反射波のピークは、各時間ｔ
２に示す時刻に応じた路面からの反射波強度に所定の倍
率を乗じた値に略相当するので、障害物Ｏのピークを時
間ｔ２に応じてなぞっていくと、路面だけの反射波の強
度の場合と同様に山形となることが解る６ 受信信号処理手段（５）は、受信レベルを処理しやすく
するために、受信信号Ｖ２（Ｖ２”）を増幅し、ＡＭ検
波してＡＭ検波信号Ｖ、を出力する。

路面が平坦であれば、ＡＭ検波信号Ｖ、は路面だけの受
信波Ｖ　３Ｂ　Ａ　Ｉから成り、障害物Ｏが路面にあれ
ば、障害物０に対応した受信波Ｖ３＋ａ＋の成分も重畳
されてＡＭ検波信号として、 Ｖ　３’ｉ　Ｖ　２（＾１　＋　Ｖ　３（ｎ）が得られ
る。

この受信信号処理手段（５）は、ＡＭ検波と同時に不要
信号区間ｔ２の信号はマスクしているので、ｔ、〜ｔｃ
の必要な区間のみの信号のみがＡＭ検波されてＡＭ検波
信号■、が得られる。

一方、経過時間演算手段（６）は、指令信号ｖ０をトリ
ガーとして、次のサイクルまでの間にｔｂ〜ｔｃに相当
する時刻を演算するか、あるいは第６図に示すタイミン
グパルス信号ｖｉａ及びＶ４ｂを作成して判別信号発生
手段（７）を作動させる。

この経過時間演算手段（６）は、マイクロコンピュータ
（１０）のプログラマブルタイマーで指令信号■。と同
等に作成してもよいし、この指令信号Ｖ。によりトリガ
ーされて、所定の時間幅のパルス信号を出力するタイマ
ーＩＣにより単安定マ３ ４ ルチバイブレーク回路を構成してもよい。

このようにして得られたタイミングパルス信号ｖ４．の
時間幅はｔ、に相当し、Ｖ４ｂの時間幅はｔ。

−１，に相当する。

判別信号発生手段（７）は、タイミングパルス信号Ｖ４
ｂのＬ→Ｈに対応して充電回路（７０）とコンデンサ（
７２）とにより所定の経過時間まで単調増加している判
別信号（充電電圧信号）ｖｓを発生する。この判別信号
ｖ５は、時刻ｔ８で最大値を示した後、タイミングパル
ス信号■。がＨ−Ｌに切り替わると、放電回路（７１）
とコンデンサ（７２）とにより時刻ｔｃで最小値となる
ように、放電波形を作成して判別信号（放電電圧信号）
ｖａを発生する９ そして、比較回路（８）は、受信信号処理手段（５）か
らのＡＭ検波信号Ｖ、と、判別信号発生手段（７）から
の判別信号Ｖ６、ｖ６とを、比較して検出信号Ｖ、を出
力する。

この発明の一実施例は、上述したように、路上の障害物
の有無を路面からの反射波のレベルの周期的な変化に全
く影響を受けることが無く、正確に、高速に、かつ有効
に検知することができるという効果を奏する。つまり、
到達時間の函数で受信波の判定レベルを山形にすること
で路面と障害物を有効に区別できる。

なお、上記実施例ではタイミング指令手段（１）をマイ
クロコンピュータ（１０）等で構成し、経過時間演算手
段（６）及び判別信号発生手段（７）を個別回路で構成
したが、これら３つの回路全てをマイクロコンピュータ
で構成しても同様の動作を期待できる。

また、上記実施例では判別信号発生手段（７）をアナロ
グのＣＲを使用した充電回路、放電回路により構成し山
形の単調増加、単調減少の判別信号（比較電圧）につい
て説明したが、デジタル回路又はマイコンにより構成し
階段上に上昇し下降する判別信号を採用しても所期の目
的を達成し得ることはいうまでもない。

さらに、上記実施例では判別信号発生手段（７）を２つ
の電子回路で構成したが、所定の経過時間の前後でそれ
ぞれ異なった所定の判別信号（比較電圧）を発生しさえ
ずれば他の回路構成、例えば単一回路でもかまわない。

さらに、上記実施例では超音波送信手段（３）及び超音
波受信手段（４）をそれぞれ別の構成としたが、単一の
超音波マイクロホンを時分割で使用するようにしても所
期の目的を達成し得ることはいうまでもない。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、間欠的に超音波を発
生させるための指令信号を発生するタイミング指令手段
と、上記指令信号に基づいて超音波信号を発生する超音
波信号発生手段と、上記超音波信号に基づいて上記超音
波を路面へ送信する超音波送信手段と、上記超音波の反
射波を受信し受信信号を発生する超音波受信手段と、上
記受信信号をＡＭ検波しＡＭ検波信号を出力する受信信
号処理手段と、上記指令信号に基づいて経過時間を演算
する経過時間演算手段と、上記経過時間前は判別信号の
レベルを上昇させ、上記経過時間後は上記判別信号のレ
ベルを下降させる判別信号発生手段と、上記ＡＭ検波信
号と上記判別信号とを比較して上記路面上の障害物の検
出信号を出力する比較回路とを備えたので、超音波の反
射波から路上の障害物を有効に区別して判別することが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明の一実施例のタイミング指令手段を示す回路
図、第３図はこの発明の一実施例の超音波信号発生手段
を示す回路図、第４図はこの発明の一実施例の受信信号
処理手段を示す回路図、第５図はこの発明の一実施例の
経過時間演算手段及び判別信号発生手段を示す回路図、
第６図はこの発明の一実施例の各部の信号波形を示すタ
イミングチャート図である。 図において、 （１）　・・・　タイミング指令手段、（２）　・・・
　超音波信号発生手段、（３）　・・・　超音波送信手
段、 １７− ＝１８ ・・・　超音波受信手段、 ・・・　受信信号処理手段、 ・・・　経過時間演算手段、 ・・・　判別信号発生手段、 ・・　比較回路である。 各図中、同一符号は同一、 又は相当部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 間欠的に超音波を発生させるための指令信号を発生する
   タイミング指令手段、上記指令信号に基づいて超音波信
   号を発生する超音波信号発生手段、上記超音波信号に基
   づいて上記超音波を路面へ送信する超音波送信手段、上
   記超音波の反射波を受信し受信信号を発生する超音波受
   信手段、上記受信信号をＡＭ検波しＡＭ検波信号を出力
   する受信信号処理手段、上記指令信号に基づいて経過時
   間を演算する経過時間演算手段、上記経過時間前は判別
   信号のレベルを上昇させ、上記経過時間後は上記判別信
   号のレベルを下降させる判別信号発生手段、及び上記Ａ
   Ｍ検波信号と上記判別信号とを比較して上記路面上の障
   害物の検出信号を出力する比較回路を備えたことを特徴
   とする超音波障害物センサ。