JPH0365680A - 超音波ベクトル速度計 - 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〕 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。

〔従来の技術〕

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。

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。

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。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明においては。

特許請求の範囲に記載するように構成している。

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。

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。

〔発明の実施例〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

度Ｏ８が得られる。

すなわち、 ｖｘ＝ｆｄｒ−ｆｄＱ　　　−（１） である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

したがって自動ブレーキ制御装置ＡＢＳ、四輪操舵装置
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。

〔発明の効果〕

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動物体から超音波信号を移動面に向けて放射する送信
   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。