JPH0365680A - Ultrasonic vector speedometer - Google Patents
Ultrasonic vector speedometerInfo
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- JPH0365680A JPH0365680A JP19945589A JP19945589A JPH0365680A JP H0365680 A JPH0365680 A JP H0365680A JP 19945589 A JP19945589 A JP 19945589A JP 19945589 A JP19945589 A JP 19945589A JP H0365680 A JPH0365680 A JP H0365680A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、複数個の超音波ドツプラ検出器を用いて移動
物体(例えば車両)の移動方向や速度を測定する装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for measuring the moving direction and speed of a moving object (eg, a vehicle) using a plurality of ultrasonic Doppler detectors.
従来のベクトル速度計としては、特公昭55−4434
7号公報に示されたものがある。As a conventional vector speedometer, the Japanese Patent Publication No. 55-4434
There is one shown in Publication No. 7.
上記の装置は、いわゆる空間フィルタを用いたものであ
り、移動物体あるいはそれに対向する面の表面に自然に
備わっている不規則な“むら”を光学的に検出し、空間
フィルタで検出した特定の間隔の“むら”の検出周期か
ら速度を検出するものである。The above device uses a so-called spatial filter, which optically detects irregular "unevenness" that naturally exists on the surface of a moving object or a surface facing it, and uses the specific The speed is detected from the detection period of "unevenness" in the interval.
なお、空間フィルタについては、「エレクトロニクス、
昭和59年1月号、pp73〜76」や「照明学会誌、
昭和59年、第68巻、第2号PP55〜60J等に記
載されている。Regarding spatial filters, please refer to "Electronics,
January 1980 issue, pp73-76" and "Illumination Institute Journal,
It is described in 1981, Volume 68, No. 2 PP55-60J, etc.
上記のごとき従来のベクトル速度計においては、路面の
“むら”を光学的に検出するものであるため、光学系(
保護用のガラス板等)に付着する汚れによる検出能力の
低下、石はね等による光学系の損傷、路面輝度を上げる
ための大容量の投光器の般置等、実用上種々の問題があ
った。Conventional vector speedometers such as those described above optically detect road surface irregularities, so they require an optical system (
There were various problems in practical use, such as a reduction in detection ability due to dirt adhering to protective glass plates, etc., damage to the optical system due to stones, etc., and the general use of large-capacity floodlights to increase road brightness. .
特に車両の場合には、ベクトル速度計を設置する場所が
主に車体の床下になるので、上記のごとき点が実用上大
きな問題となる。In particular, in the case of a vehicle, the location where the vector speedometer is installed is mainly under the floor of the vehicle body, so the above points pose a big problem in practice.
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決すること
を目的とするものであり、小型、堅牢で、かつ汚れ等の
経年変化にも影響されにくいベクトル速度計を提供する
ことを目的とする。The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above, and aims to provide a vector speedometer that is small, robust, and not easily affected by secular changes such as dirt. .
上記の目的を達成するため1本発明においては。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is as follows.
特許請求の範囲に記載するように構成している。The invention is constructed as described in the claims.
すなわち、本発明においては、移動物体の移動情報を得
る手段として複数の超音波送受波器を用い、それらによ
って得られた複数のドツプラ周波数から移動速度および
移動方向を算出するように構成している。That is, in the present invention, a plurality of ultrasonic transducers are used as means for obtaining movement information of a moving object, and the moving speed and direction of movement are calculated from the plurality of Doppler frequencies obtained by them. .
なお、特許請求の範囲における移動物体および移動面と
いうのは、相互に相対した物体と面とが相対的に移動す
ること、すなわち物体と面との少なくとも一方が移動す
ることによって両者が相対的に移動することを意味し、
必ずしも両者が絶対座標で移動するものとは限らない6
例えば、移動物体が車両である場合は移動面は固定され
た路面であり、また、移動物体が固定された検知器で、
移動面がベルトコンベアのような移動する面である組み
合わせも考えられる。Note that a moving object and a moving surface in the claims refer to the relative movement of an object and a surface that are opposite each other, that is, the movement of at least one of the object and the surface so that the two move relative to each other. means to move;
Both do not necessarily move in absolute coordinates6
For example, if the moving object is a vehicle, the moving surface is a fixed road surface, and if the moving object is a fixed detector,
A combination in which the moving surface is a moving surface such as a belt conveyor is also possible.
第1図は1本発明の一実施例のブロック図であり、車両
に搭載するベクトル車速計を示す。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, showing a vector speedometer mounted on a vehicle.
まず構成を説明すると、1.l′は路面に対し超音波ビ
ームを放射する送波器、2.2’は反射ビームを受信す
る受波器、3は所定の周波数の信号を出力する発振器、
4は発振器3の出力信号を増幅して送波器1.l’駆動
する闘動回路、5゜5′は受波器2,2′で受信した信
号をそれぞれ増幅するプリアンプ、6,6′は送信信号
(発振器3の出力)の周波数と受信信号(プリアンプ5
゜5′の出力)の周波数との和と差の成分を出力するア
ナログ掛算器、7,7′はアナログ掛算器6゜6′から
出力された和と差の周波数のうちの差の成分のみを通過
させるローパスフィルタ、8.8’はローパスフィルタ
7.7′から出力された周波数をパルス列に変換するコ
ンパレータ、9は該パルス列の周波数を計測し、XY力
方向詳細後述)および移動方向の各方向の速度成分Vx
g vF、 VおよびvlとVとのなす角θS(移動方
向を示す角度〉を演算する演算器である。この演算器9
は、例えばマイクロ・コンピュータで構成する。First, let me explain the configuration: 1. l' is a transmitter that emits an ultrasonic beam to the road surface, 2.2' is a receiver that receives the reflected beam, and 3 is an oscillator that outputs a signal at a predetermined frequency.
4 amplifies the output signal of the oscillator 3 and transmits it to the transmitter 1. 5゜5' is a preamplifier that amplifies the signals received by the receivers 2 and 2', respectively. 6 and 6' are the frequency of the transmitting signal (output of the oscillator 3) and the receiving signal (preamplifier). 5
An analog multiplier that outputs the sum and difference components with the frequency of the output of the analog multiplier 6゜6', and 7 and 7' are only the difference components of the sum and difference frequencies output from the analog multiplier 6゜6'. 8.8' is a comparator that converts the frequency output from the low-pass filter 7.7' into a pulse train. 9 is a comparator that measures the frequency of the pulse train, Velocity component in the direction Vx
This is a computing unit that computes the angle θS (angle indicating the direction of movement) between g vF, V and vl and V. This computing unit 9
is composed of, for example, a microcomputer.
次に、第2図は、上記複数の送波器および受波器からな
る検出手段を移動物体である車両に取り付けた状態を示
す図であり、10.10’はタイヤ、11は車体、12
は路面を示す。Next, FIG. 2 is a diagram showing a state in which the detection means consisting of the plurality of transmitters and receivers is attached to a moving object, ie, a vehicle, in which 10 and 10' are tires, 11 is a vehicle body, and 12
indicates the road surface.
図示のごとく、超音波の送波器1,1′および受波器2
,2′は、1つの筐体に収められ、車両床下のフロント
バンパーもしくはリアバンパー付近に取り付けられる。As shown in the diagram, ultrasonic transmitters 1, 1' and receiver 2
, 2' are housed in a single casing and attached near the front bumper or rear bumper under the floor of the vehicle.
次に、第3図は送波器および受波器の配置角度を示す図
である。Next, FIG. 3 is a diagram showing the arrangement angles of a transmitter and a receiver.
図示のごとく、本実施例においては、各送波器および受
波器の取付は角度は、路面に対しては各組とも同一の3
0”であり、また、車両の前後方向の基準線(例えば中
心線)に対しては右側の送波器1と受波器2が+60°
、左側の送波器1′と受波器2′が一60°となるよう
に配設した。As shown in the figure, in this embodiment, the mounting angle of each transmitter and receiver is the same for each set with respect to the road surface.
0", and the right transmitter 1 and receiver 2 are at +60° with respect to the longitudinal reference line (for example, the center line) of the vehicle.
, the transmitter 1' and the receiver 2' on the left side were arranged at an angle of 160°.
なお1本例においては、送波器及び受波器を車両の前方
に向けて配設した場合を示し、車両の前後方向の中心線
をY軸、それと直交する線をY軸とし、右側を+、左側
を−としているが、送波器および受波器を車両の後方に
向けて配設してもよい。Note that this example shows the case where the transmitter and receiver are arranged facing the front of the vehicle, the center line in the longitudinal direction of the vehicle is the Y axis, the line perpendicular to it is the Y axis, and the right side is the Y axis. +, and the left side is -, but the transmitter and receiver may be disposed toward the rear of the vehicle.
〔作、用〕
第1図および第3図において、右側の受波器2から出力
されるドツプラ周波数fdrおよび左側の受波s2′か
ら出力されるドツプラ周波数flは、それぞれ下記の近
似式で示される。[Operation and Use] In FIGS. 1 and 3, the Doppler frequency fdr output from the right receiver 2 and the Doppler frequency fl output from the left receiver s2' are expressed by the following approximate equations, respectively. It will be done.
なお、上式において、Cは音速、■は車両の移動方向の
速度、θSはY軸と移動方向とのなす角度、0gは送受
波器と路面とのなす角度、frは送信周波数である。In the above equation, C is the speed of sound, ■ is the speed of the vehicle in the moving direction, θS is the angle between the Y axis and the moving direction, 0g is the angle between the transducer and the road surface, and fr is the transmission frequency.
また、第4図は、第3図に示したように、Y軸を基準と
して送受波器をθr=+60@ θ悲=−60°で配
置した場合における移動方向の角度θSに対するfdr
、 fcHlの変化量を基準化した特性を示す図である
。図示のごとく、この特性はO8の余弦関数に応じて変
移する。なお、第4図の縦軸は、θ=O°におけるドツ
プラ周波数で規格化した値である。すなわち、θ=00
のときのドツプラ周波数をfo、任意のθにおけるドツ
プラ周波数をθとした場合に、縦軸はf/f、とした値
である。In addition, Fig. 4 shows the fdr for the angle θS in the moving direction when the transducer is arranged at θr = +60 @ θ = -60° with the Y axis as a reference, as shown in Fig. 3.
, fcHl is a diagram showing the characteristics standardized by the amount of change. As shown, this characteristic changes according to the cosine function of O8. Note that the vertical axis in FIG. 4 is a value normalized by the Doppler frequency at θ=O°. That is, θ=00
When the Doppler frequency at the time is fo and the Doppler frequency at an arbitrary θ is θ, the vertical axis is the value f/f.
上記の両ドツプラ周波数fdrとfdQとの差、すなわ
ちfdr−fd12を求めると、基準軸Y方向に直交す
るX軸方向の速度成分v×が得られる。When the difference between the two Doppler frequencies fdr and fdQ, that is, fdr-fd12, is determined, a velocity component vx in the X-axis direction perpendicular to the reference axis Y direction is obtained.
度O8が得られる。degree O8 is obtained.
すなわち、 vx=fdr−fdQ −(1) である。That is, vx=fdr-fdQ-(1) It is.
さらに、上記の2つの結果から下式よって移動方向の速
度VとY軸方向の速度VFを求めることが出来る。Further, from the above two results, the velocity V in the moving direction and the velocity VF in the Y-axis direction can be determined by the following formula.
上記のように、第1図の演算器9において、上記(1)
〜(4)式に示すごとき演算を行なうことにより、各方
向の速度成分および移動方向の角度を検出することが出
来る。As mentioned above, in the arithmetic unit 9 of FIG.
By performing calculations as shown in equations (4) to (4), velocity components in each direction and angles in the moving direction can be detected.
次に、送波器および受波器からなる検出手段を配置する
際において重要なことは、基準線に対する角度Or、θ
αおよび路面に対する角度0gである。Next, when arranging the detection means consisting of a transmitter and a receiver, what is important is the angle Or, θ with respect to the reference line.
α and the angle to the road surface is 0g.
まず、基準線に対する角度Or、θ巴を60”以上に設
定すれば、第4図に示すように、基準線と移動方向との
なす角度θSがO付近(例えば、±15°以内)の場合
には余弦関数の直線に近似できる範囲で使用することが
出来るので、変化量が大きく取れると共に、直線近似で
変化するので、補正の手段を施すことなしに精度の高い
計測が可能となる。First, if the angle Or and θ Tomoe with respect to the reference line are set to 60" or more, as shown in Figure 4, if the angle θS between the reference line and the moving direction is around O (for example, within ±15°) can be used within a range that can be approximated to a straight line of a cosine function, so a large amount of variation can be obtained, and since the variation is approximated by a straight line, highly accurate measurement is possible without the need for correction.
また、移動面に対する角度0gは、前記と同様に余弦関
数で変移するが、車両姿勢すなわちローリングやピッチ
ング等による計測誤差を抑えるためには0gを小さくす
る必要がある。このことは余弦関数の0付近の傾きが小
さいことからも明白である。しかし、あまり0gを小さ
くすると、送受波器から移動面までの距離が増加し、反
射ビームの受信レベルの低下を招くので、安定なドツプ
ラ周波数を得る事が困難となる。上記のような相反する
条件を考慮して本発明者らが車両実験を行なった結果に
よれば、30”付近が最も良い値を示した。なお、0g
を小さくすると、それに応じてドツプラ周波数の絶対量
が大きくなり、計測分解能の向上に寄与することが出来
る。Further, the angle 0g with respect to the moving plane varies according to a cosine function as described above, but it is necessary to make 0g small in order to suppress measurement errors due to vehicle attitude, such as rolling and pitching. This is also clear from the fact that the slope of the cosine function near 0 is small. However, if 0g is made too small, the distance from the transducer to the moving surface increases, resulting in a decrease in the reception level of the reflected beam, making it difficult to obtain a stable Doppler frequency. According to the results of vehicle experiments carried out by the inventors in consideration of the conflicting conditions mentioned above, the best value was found around 30". Furthermore, 0g
When is made smaller, the absolute amount of the Doppler frequency increases accordingly, which can contribute to improving measurement resolution.
また1本発明で用いた超音波の送波器及び受波器は、周
知のごとく、圧電素子を用いたセンサであり、小型軽量
であると共に汚れや衝撃等に強いので耐環境性が高く、
かつ、光学的空間フィルタのように照明器具等を必要と
しないので、車両の床下等に設置するのに適している。In addition, as is well known, the ultrasonic transmitter and receiver used in the present invention are sensors using piezoelectric elements, which are small and lightweight, and have high environmental resistance as they are resistant to dirt and impact.
In addition, unlike optical spatial filters, it does not require lighting equipment or the like, so it is suitable for installation under the floor of a vehicle.
したがって自動ブレーキ制御装置ABS、四輪操舵装置
4WS。Therefore, the automatic brake control system ABS and the four-wheel steering system 4WS.
トラクションコントロール等の種々の車両用制御装置、
あるいは車両の挙動の解析等の計測装置として有効なも
のである。勿論、車両以外にも種々のベクトル速度計測
に適用することが出来る。Various vehicle control devices such as traction control,
Alternatively, it is effective as a measuring device for analyzing vehicle behavior, etc. Of course, it can be applied to various vector velocity measurements other than vehicles.
以上説明したごとく、本発明においては、移動物体の移
動情報を得る手段として複数の超音波送受波器を用い、
それらによって得られた複数のドツプラ周波数から移動
速度および移動方向を算出するように構成したことによ
り、耐環境性が高く。As explained above, in the present invention, a plurality of ultrasonic transducers are used as means for obtaining movement information of a moving object,
Since the moving speed and moving direction are calculated from the plurality of Doppler frequencies obtained by these, environmental resistance is high.
低コストで小型な送受波器を用いて安定かつ高精度にベ
クトル速度を計測することが出来る。という効果が得ら
れる。Vector velocity can be measured stably and with high precision using a small, low-cost transducer. This effect can be obtained.
第1図は本発明の一実施例のブロック図、第2図は複数
の送波器および受波器からなる検出手段を移動物体であ
る車両に取り付けた状態を示す図、第3図は送波器およ
び受波器の配置角度を示す図、第4図は移動方向の角度
θSに対するfdrおよびfdQの変化量を基準化した
特性を示す図である。
〈符号の説明〉
1、工′・・・送波器 2,2′・・・受波器3
・・・発振器 4・・・駆動回路5.5′・
・・プリアンプ
6.6′・・・アナログ掛算器
7.7′・・・ローパスフィルタ
8.8′・・・コンパレータFIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a state in which a detection means consisting of a plurality of transmitters and receivers is attached to a moving object, ie, a vehicle, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the arrangement angles of the wave transmitter and the wave receiver, and FIG. 4 is a diagram showing the characteristics in which the amount of change in fdr and fdQ is standardized with respect to the angle θS in the moving direction. <Explanation of symbols> 1, Engineering'... Transmitter 2, 2'... Receiver 3
...Oscillator 4...Drive circuit 5.5'
...Preamplifier 6.6'...Analog multiplier 7.7'...Low pass filter 8.8'...Comparator
Claims (1)
手段とその反射波を受信する受信手段との組を複数個備
え、それらの各組を上記移動面に対しては同一角度、移
動物体の前後方向の基準線に対してはそれぞれ異なった
所定の角度をなすように上記移動物体に配設し、かつ、
上記移動物体と上記移動面との相対移動によるドップラ
効果によって各受信信号に生じた周波数変化すなわちド
ップラ周波数を求め、各組のドップラ周波数から上記移
動物体と上記移動面との相対速度および移動方向を演算
する演算手段を備えたことを特徴とする超音波ベクトル
速度計。A plurality of sets of transmitting means for emitting ultrasonic signals from a moving object toward a moving surface and receiving means for receiving the reflected waves are provided, and each set is set at the same angle with respect to the moving surface, and the moving object are arranged on the moving object so as to make different predetermined angles with respect to the reference line in the front-rear direction, and
The frequency change caused in each received signal due to the Doppler effect due to the relative movement between the moving object and the moving surface, that is, the Doppler frequency, is determined, and the relative velocity and movement direction of the moving object and the moving surface are determined from each set of Doppler frequencies. An ultrasonic vector velocity meter characterized by comprising a calculating means for calculating.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19945589A JPH0365680A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Ultrasonic vector speedometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19945589A JPH0365680A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Ultrasonic vector speedometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0365680A true JPH0365680A (en) | 1991-03-20 |
Family
ID=16408099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19945589A Pending JPH0365680A (en) | 1989-08-02 | 1989-08-02 | Ultrasonic vector speedometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0365680A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014169949A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Speed measuring device |
-
1989
- 1989-08-02 JP JP19945589A patent/JPH0365680A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014169949A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Speed measuring device |
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