JPH04252985A - 超音波ドップラ方式対地速度計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両の対地速
度検出用に用いられる超音波ドップラ方式対地速度計に
関し、特に、その精度向上技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波ドップラ方式対地速度計と
しては、例えば、特開昭６０−７６６７８号公報に記載
されているものがある。図６は上記の速度計のブロック
図である。図６において、１は超音波の発振器、３は発
振器からの信号を増幅するドライブ回路部、２はドライ
ブ回路によって駆動される超音波の送波器、４は超音波
、６は路面５から乱反射して帰還した反射超音波を受信
する受波器である。そして受波器６で受信した超音波信
号をプリアンプ７、アナログ掛算器８、ローパスフィル
タ９、ゼロクロスコンパレータ１０、パルスカウンタ１
１を通した後、車速演算回路１２によって対地速度（以
下、車両の対地車速と仮定して車速と略記する）を演算
する。

【０００３】上記の車速演算回路１２における車速演算
は次の様にして行なわれていた。図７は、従来の計測原
理を表わした図である。図７において、ｆ０は送信周波
数、ｆｄはドップラシフト周波数、θは超音波照射角及
び反射角である。この計測原理に基づいた場合、音速を
ｃとすれば、車速ｖは下記（数１）式によって求められ
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来の超
音波ドップラ方式対地速度計においては、図７に示すよ
うに、超音波の入射角と反射角とを同じθとして演算し
ていた。ところが、車速が大きくなると、超音波が路面
上で反射した位置から受波器がその反射波を受信するま
でに受波器が前方に移動する距離が大きくなり、したが
って入射角と反射角との差が大きくなる。上記のように
音速に対して車速が無視出来ない程度になると、前記（
数１）式を用いた演算では誤差が大きくなる。

【０００６】図８は、従来の超音波ドップラ方式対地速
度計の精度を示す特性図である。この特性は、空間フィ
ルタ方式の速度計が計測した速度を絶対速度とみなし、
それを基準として従来の超音波ドップラ方式対地速度計
の性能を調べたものである。なお、図８の特性は音波照
射角θを４５°とした場合を例示している。図８から判
るように、従来の（数１）式に基づく速度演算法では、
約９０ｋｍ／ｈ以上の高速域で直線性が悪化し、基準速
度１８０ｋｍ／ｈ時では約１６０ｋｍ／ｈ程度の値を示
す。すなわち、１１％程度の誤差が生じることになる。 上記のごとき問題は、伝搬速度の比較的低い超音波を用
いた速度計に特有の問題であり、電波などのように高速
で伝搬する波を用いる装置においては、簡単に演算する
ことに出来る（数１）式で十分である。

【０００７】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、高速時における計
測精度を向上させた超音波ドップラ方式対地速度計を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、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。

【０００９】すなわち、本発明においては、超音波受信
手段の超音波受信位置と路面上の超音波反射点とを結ん
だ線分と路面とがなす角度の対地速度に応じた変動分を
補正して対地速度を演算する手段を備えるように構成し
ている。

【００１０】

【作用】図２は、車速の変動に伴う反射角の変動を考慮
に入れた場合の車速検出の原理を示す図である。図２に
おいて、θは超音波照射角、θ＋αは超音波反射角、す
なわち反射超音波の受信点Ｑと反射点Ｒとを結んだ線分
ＱＲと路面５とのなす角、ｔ１は超音波が送信位置Ｐか
ら反射点Ｒまで進むのに要する時間、ｔ２は超音波が反
射点Ｒから受信点Ｑまで進むのに要する時間である。こ
の場合、ドップラシフト周波数ｆｄは下記（数２）式の
ようになる。

【００１１】

【数２】

【００１２】ただし、（数２）式において、θ＋αが反
射角であり、αは車両の移動によって生じた反射角の変
化分である。上記のように、（数２）式から車速ｖを求
める際には、角度αを知る必要があるが、この角度αと
車速ｖとの関係は、図２から導出される幾何学的関係式
　　　　ｖ・（ｔ１＋ｔ２）＝ｃ・ｔ１ｃｏｓθ−ｃ・
ｔ２ｃｏｓ（θ＋α）　　　　　…（数３）から 　　　　ｖｓｉｎθｃｏｓα＋ｖｃｏｓθｓｉｎα＋ｖ
ｓｉｎθ−ｃｓｉｎα＝０　　…（数４）となる。（数
４）式から角度αを直接的に求めることは一般には容易
ではないので、下記（数５）式のような近似を行なう。

【００１３】

【数５】

【００１４】上記のごとき近似を行なえば、角度αは下
記（数６）の関係式から下記（数７）に示すようになる
。

【００１５】

【数６】

【００１６】

【数７】

【００１７】本発明においては、（数７）式で与えられ
る角度αを求め、それと（数２）式とによって車速ｖを
演算するように構成したものである。また、本発明の他
の構成においては、上記の各数式をｖに付いて整理する
ことにより、角度αを求めることなしに、直接に車速Ｖ
を演算するように構成している。

【００１８】

【発明の実施例】以下、４つの実施例について説明する
。なお、以下の説明においては、送信周波数を固定する
方式について説明するが、受信周波数を固定する方式（
例えば特願平１−１０７３２０号に記載）にも勿論適用
することが出来る。

【００１９】図１は、本発明の第１の実施例のブロック
図である。図１において、超音波の発振器１、超音波の
送波器２、発振器からの信号を増幅するドライブ回路部
３、超音波４、路面５、反射超音波を受信する受波器６
、プリアンプ７、アナログ掛算器８、ローパスフィルタ
９、ゼロクロスコンパレータ１０、パルスカウンタ１１
の部分は、前記図６と同様である。また、反射角演算回
路１４は前記（数７）式に基づいて角度αを演算する演
算回路である。また車速演算回路１３は反射角演算回路
１４で求めた角度αを用いて前記（数２）式に基づいて
車速を演算する演算回路である。

【００２０】次に作用を説明する。この実施例は、所定
の短時間（例えば１０ｍｓｅｃ程度）内の車速はほぼ一
定であると近似し、或る時点で計測された車速を用いて
（数７）式によって所定の短時間後の角度αを算出し、
その角度αと（数２）式をｖに付いて整理した車速演算
式（数８）とを用いて所定の短時間後、すなわち現時点
における車速を演算するものである。図３は、本実施例
の原理を説明するための図である。本実施例においては
、図３に示したように、例えば１０（ｍｓｅｃ）毎に車
速を演算する。すなわち、時刻ｔで演算された車速をｖ
ｔとすると、このｖｔの値を用いて、反射角演算回路１
４で（数７）式に基づいて角度αを演算する。そして車
速演算回路１３は、上記の演算結果αを用いて、前記（
数２）式をｖについて整理した下記（数８）式に示す車
速演算式によって時刻ｔ＋１０（ｍｓｅｃ）における車
速ｖを演算する。

【００２１】

【数８】

【００２２】上記のように、本実施例においては、１０
ｍｓｅｃ内における速度変化が微小であるものとした近
似に基づき、１０ｍｓｅｃ前の車速値から角度αを演算
し、そのαの値を用いて現時点での車速を求めるもので
ある。

【００２３】図４は、本実施例による超音波ドップラ方
式対地速度計の精度を示した特性図である。図４からわ
かるように、本実施例における測定精度は、１８０ｋｍ
／ｈ程度までの速度範囲で、ほぼ±２％程度の精度とな
り、前記図８に示した従来装置に比較して直線性、速度
検出精度に格段の向上が認められる。なお、信号欠落な
どの問題に対しては、ホールド機能の装備などによって
対処すればよい。

【００２４】次に、第２の実施例について説明する。な
お、第２〜第４の実施例では、前記第１の実施例とは異
なり、毎回、角度αを演算する必要がなく、検出したド
ップラシフト周波数ｆｄの値から、直接に車速ｖの値を
求めることが可能となる。すなわち、第２〜第４の実施
例では、図１において、反射角演算回路１４がなく、車
速演算回路１３の内容がそれぞれ異なっているものであ
る。第２の実施例においては、前記（数５）式の近似を
用い、（数７）式を（数２）式に代入し、かつ（数６）
式から導かれる下記（数９）式の関係を用いることによ
り、車速ｖについて整理された下記（数１０）式を求め
、それを用いて車速ｖを演算するものである。

【００２５】

【数９】

【００２６】

【数１０】

【００２７】前記図６の従来例における、車速演算回路
１２の車速演算式は、前記（数１）式で表わされるもの
であったが、この式の代わりに上記（数１０）式で表わ
される車速演算式を用いれば、前記図４と同様の車速演
算性能を得ることが出来る。

【００２８】次に、第３の実施例について説明する。上
記の計算において、（数９）式の関係を利用しない場合
には、ドップラシフト周波数ｆｄと車速ｖとの関係は下
記（数１１）式のようになる。

【００２９】

【数１１】

【００３０】上式はｖについての３次方程式であるので
、簡単に解くことはできない。そのため次のごとき方法
を用いる。図５は、上記（数１１）式を数値計算するこ
とによって得られたドップラシフト周波数ｆｄと車速ｖ
との関係を示した図である。図５の特性において、例え
ば、ドップラシフト周波数領域０〜３０ｋＨｚ（ｆ０＝
１０６ｋＨｚ、θ＝４５°時で車速領域０〜約２５０ｋ
ｍ／ｈに相当）内で、周波数１ｋＨｚごとの車速データ
をメモリに記憶させておく。そして車速演算回路内で、
予め記憶させておいたデータと検出したドップラシフト
周波数とから補間法によって車速を得ることが出来る。 なお、気温が変化すると音速が変化するので、それに伴
って図５の特性も変化する。そのため、例えば−３０℃
から５０℃の気温にわたって５℃おきのｆｄ対ｖのデー
タを記憶させておき、温度に関しても補間を行なえば精
度の良い車速演算を行なうことが出来る。こうした方法
でも図４と同様の性能を得ることができる。

【００３１】次に、第４の実施例について説明する。こ
の実施例は、超音波の照射角θが４５°の場合に限って
適用されるものである。照射角θが４５°の場合には、
ｓｉｎθ＝ｃｏｓθ　　（θ＝４５°）　　…（数１２
）であるので、前記（数７）式と（数１）式とから、近
似的に、角度αは下記（数１３）のように表わすことが
出来る。

【００３２】

【数１３】

【００３３】そして前記（数５）式の近似を用いると、
上記（数１３）式と（数８）式から、車速ｖは下記（数
１４）式のように表わされる。

【００３４】

【数１４】

【００３５】上記（数１４）式は、先にも述べたように
、照射角が４５°の場合に限って成り立つものであるが
、検出車速範囲あるいは精度という点で、照射角を４５
°にしても何等差し支えない。また、前記第２の実施例
における車速演算式（数１０）に比べて上記（数１４）
式は簡素な形式をとっているため、演算速度が速く、ま
た、演算回路にかかるコストも少なくてすむ。この実施
例においても、前記図４に示したような速度検出性能を
得ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、超音波受信位置と路面上の超音波反射点とを結ん
だ線分と路面とがなす角度の速度に応じた変動分を補正
して車速を検出するように構成したことにより、低速域
から高速域にわたって、直線性が良く、精度の高い車速
計測を行なうことが出来る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。

【図２】車速の変動に伴う反射角の変動を考慮に入れた
場合の車速検出の原理を示す図。

【図３】本実施例の原理を説明するための図。

【図４】図１の実施例における超音波ドップラ方式対地
速度計の精度を示す特性図。

【図５】数値計算で得たドップラシフト周波数ｆｄと車
速ｖとの関係を示した特性図。

【図６】従来装置の一例のブロック図。

【図７】従来の計測原理を表わした図。

【図８】従来の超音波ドップラ方式車速計の精度を示す
特性図。

【符号の説明】 １…超音波の発振器 ２…超音波の送波器 ３…発振器からの信号を増幅するドライブ回路部４…超
音波 ５…路面 ６…反射超音波を受信する受波器 ７…プリアンプ ８…アナログ掛算器 ９…ローパスフィルタ １０…ゼロクロスコンパレータ １１…パルスカウンタ １２、１３…車速演算回路 １４…反射角演算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両前方の路面に対して所定の角度で斜め
   に超音波信号を送出する超音波送信手段と、路面から反
   射された超音波信号を受信する超音波受信手段と、ドッ
   プラ効果によって上記超音波信号に生じた周波数変化か
   ら対地速度を演算する演算手段とを備えた超音波ドップ
   ラ方式対地速度計において、上記超音波受信手段の超音
   波受信位置と路面上の超音波反射点とを結んだ線分と路
   面とがなす角度の対地速度に応じた変動分を補正して対
   地速度を演算する手段を備えたことを特徴とする超音波
   ドップラ方式対地速度計。