JPH07128444A

JPH07128444A - 車両用距離測定装置

Info

Publication number: JPH07128444A
Application number: JP5294155A
Authority: JP
Inventors: Mutsuo Obara; 睦生小原
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1993-10-30
Filing date: 1993-10-30
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】自車と前後の車両との相対位置関係をリアル
タイムに検出し、他車線の車両と自車線の車両との区別
が可能な車両用距離測定装置を提供すること。【構成】送信用超音波センサ１１，１３を車両の前後に
設けて超音波バースト信号を発信し、受信用超音波セン
サ１２，１４を車両の前後に設けて他車からの超音波バ
ースト信号を受信し、ＧＰＳ受信機１６で衛星からの時
刻情報を受信する。情報処理手段１９において、衛星か
らの時刻情報に同期して送信用超音波センサ１１，１３
から超音波バースト信号を発信し、受信用超音波センサ
１２，１４を介して受信した前方車または後方車からの
超音波バースト信号の到着時刻を、衛星からの時刻情報
に同期して検出し、この両時刻の差から前方車または後
方車との相対距離を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用の距離測定装置
に関し、特に当該車両の前後を走行する車両の位置を超
音波を用いて、測定するようにした車両用距離測定装置
に関するものである。

【０００２】追突等の車両事故を防止するためには、当
該車両の前後を走行する他車との車間距離が適正に保た
れていることが必要であるが、そのためには、運転者の
視覚に頼るだけでなく、なんらかの距離測定装置を備え
て、前後を走行している車両との距離を測定して、不適
正な場合、警報を行うことが望ましい。

【０００３】このような目的に使用される車両用距離測
定装置は、前後車両の相対位置をリアルタイムに検知し
て、運転者に表示することができるとともに、信頼性が
高く、安全性に寄与できるものであることが必要であ
る。

【０００４】

【従来の技術】図１０は、従来の車両用距離測定方式を
示したものであって、反射方式を用いたものを例示して
いる。この内、図１０（ａ）には構成を示し、図１０
（ｂ）には発信波と受信波のタイミングチャートを示
す。

【０００５】この従来方式では、自車１に備えた超音波
センサ２からバースト波からなる超音波信号を送出し、
前方（または後方）の他車３による反射波を、送信用と
共用の、又は専用の超音波センサで受信することによっ
て他車を検出する。即ち、発信波と受信波の時間差をＴ
〔ｓｅｃ〕とすると、車間距離Ｌ〔ｍ〕は、音速をＣ
〔ｍ／ｓｅｃ〕として、次式の関係によって測定され
る。

【０００６】Ｌ＝（Ｔ／２）×Ｃ

【０００７】このように、反射方式による車両用距離測
定装置では、超音波信号が自車から発信されてから、他
車に到達し、反射されて再び自車に戻ってくるまでの時
間を計測して、他車との車間距離を求めるようにしてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】反射方式による車両用
距離測定装置では、空気中における超音波信号の減衰に
基づくＳ／Ｎ比の低下によって、超音波センサによって
検知できるエリア（距離）に制限を受ける。このため、
現状では、この方式のものは、車庫入れ時に障害物を検
知する程度の利用に限られている。

【０００９】また、反射方式による車両用距離測定装置
の場合、石等のような路上の凹凸によって反射された信
号を検知して、誤動作するという問題がある。

【００１０】図１１は、反射方式による誤動作を説明す
るものであって、図１１（ａ）は検知エリアを示し、図
１１（ｂ）は石等がある場合の受信波を示したものであ
る。この図１１に示すように、自車１の検知エリア４内
に石５等の路上の凹凸がある場合には、これによる反射
波Ａと前方車３による反射波Ｂとが生じる。この両反射
波Ａ，Ｂは、車両用距離測定装置にとっては同質のた
め、該車両用距離測定装置では区別することができず誤
動作する。

【００１１】更に、この方式の車両用距離測定装置で
は、検知エリア内にある他車との距離のみを測定するも
のであるため、時には他の車線を走行している車両も検
出して、無用の警報を発生するという不都合があった。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに自車の前後に位置する車両の相対位置
をリアルタイムに検知して、運転者に表示することがで
きるとともに、計測可能範囲が広く、また、道路上の凹
凸による誤動作を排除し，更には他車線を並行走行する
車両と自車線を走行する車両とを区別して測定すること
が可能な車両用距離測定装置を提供することを、その目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、車両の前後
に設けられた超音波バースト信号を発信する送信用超音
波センサと、車両の前後に設けられた他車からの超音波
バースト信号を受信する受信用超音波センサと、衛星か
らの時刻情報を受信するＧＰＳ受信機と、衛星からの時
刻情報に同期して送信用超音波センサから超音波バース
ト信号を発信すると共に，受信用超音波センサを介して
受信した前方車または後方車からの超音波バースト信号
の到着時刻を衛星からの時刻情報に同期して検出し，両
時刻の差から前方車または後方車と自車との相対距離を
求める情報処理手段とを備える、等の構成を採ってい
る。これによって前述した目的を達成しようとするもの
である。

【００１４】

【作用】車両の前後に送信用超音波センサ１１，１３を
設けて超音波バースト信号を発信すると共に、同じく車
両の前後に受信用超音波センサ１２，１４を設けて他車
からの超音波バースト信号を受信する。また、ＧＰＳ受
信機１６により衛星からの時刻情報を受信する。

【００１５】そして、ＧＰＳ受信機１６を介して受信し
た衛星からの時刻情報に同期して送信用超音波センサ１
１，１３から超音波バースト信号を発信するととにも、
受信用超音波センサ１２，１４を経て受信した前方車ま
たは後方車からの超音波バースト信号の到着時刻を衛星
からの時刻情報に同期して検出して、両時刻の差から前
方車または後方車との相対距離を求める。

【００１６】従って、本発明によると、自車と前後の車
両との相対距離をリアルタイムに検出し運転者に通知す
ることができる。

【００１７】また、この場合、車両の前後に設けられた
２個ずつの受信用超音波センサによって求められた、前
方車または後方車との距離から、情報処理手段１９によ
って演算を行い、前方車または後方車と自車との相対位
置を求める。

【００１８】従って、本発明によれば、他車線を走行す
る車両と自車線を走行する車両とを区別して警報を行う
ことができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図９に
基づいて説明する。図１は、本発明の車両用距離測定装
置の一実施例の構成を示したものであって、自車に設け
られる、本発明装置のシステム構成を例示している。図
２は、図１に示された装置における各部の信号を示すタ
イミングチャートである。また図３は、各センサの共振
周波数を示したものである。

【００２０】第１図に示す実施例は、車両の前後に設け
られた超音波バースト信号を発信する送信用超音波セン
サ１１，１３と、この車両の前後に設けられた他車から
の超音波バースト信号を受信する受信用超音波センサ１
２，１４と、衛星からの時刻情報を受信するＧＰＳ受信
機１６と、衛星からの時刻情報に同期し、記送信用超音
波センサ１１，１３から超音波バースト信号を発信する
ととにも、受信用超音波センサ１２，１４を介して受信
した前方車または後方車からの超音波バースト信号の到
着時刻を、衛星からの時刻情報に同期して検出して、こ
の両時刻の差から前方車または後方車との相対距離を求
める情報処理手段１９を設けるという構成をとってい
る。

【００２１】これを更に詳述すると、図１に示されたシ
ステムにおいては、自車の前後の車両の相対位置を、超
音波を使用して計測する。この場合、従来方式と異な
り、前後車両から発せられる直接波を検出することによ
って、目的を達成する。直接波によって距離測定を行う
ためには、各車両間において、時刻の同期をとる必要が
あるが、本発明においては、人工衛星を用いた測位シス
テムである、グローパル・ポジショニング・システム
（ＧＰＳ）を利用して、時刻同期を行う。

【００２２】そのため、各車両はＧＰＳ受信機１６を有
し、ＧＰＳアンテナ１５を経て受信した、衛星電波に基
づく時間信号２２に同期して、超音波信号を送信する。
もしも、自車の前後の接近した場所に他車が存在すれ
ば、自車の受信用超音波センサ１２，１４によって受信
した、他車の信号２６，２８によって、処理用コンピュ
ータからなる処理装置１９で処理を行うことによって、
他車の位置を算出するようになっている。

【００２３】以下、図１ないし図３に基づいて、本シス
テムにおける各装置の動作を説明する。

【００２４】図１において、送信用超音波センサ１１，
１３は、送信用回路１７，２０から出力であるバースト
信号２３，２９によって駆動され所定の超音波を送出す
る。バースト信号を形成する高周波信号の周期Ｔ_bは、
送信用超音波センサ１１，１３の共振周波数によって定
まる。例えば図２の例では、一方のバースト信号２３は
「Ｔ_b＝１／ｆ₁」であり、他方のバースト信号２９は
「Ｔ_b＝１／ｆ₂」である。

【００２５】ここで、仮に自車の前後に他車が存在すれ
ば、この超音波は、他車の受信用超音波センサによって
受信される。送信用超音波センサは、車両の前後に、そ
れぞれ１個づつ装備される。また、受信用超音波センサ
１２，１４は、自車の前後を走行している車両から送信
された超音波を受信する。

【００２６】各超音波センサの共振周波数は、自車が送
信した超音波の反射波と区別するために、例えば、図３
のように割り当てられる。また前後車両の超音波源の位
置を検出するために、受信用超音波センサは前後にそれ
ぞれ２個ずつ装備する。２個の受信用超音波センサは、
左右に距離をおいて、路面から同じ高さに固定する。

【００２７】符号１５はＧＰＳアンテナを示す。このＧ
ＰＳアンテナ１５は、ＧＰＳ用人工衛星から送られてく
る測距用電波を受信する。また、符号１６は、この電波
を受信するＧＰＳ受信機である。ＧＰＳ受信機１６は、
ＧＰＳアンテナ１５を経て入力された電気信号から受信
機の位置を検出するものであるが、他の機能として、そ
の電波から精密な時刻を検出することができる。ＧＰＳ
受信機１６は、時刻信号２２を同期用として周期的に情
報処理手段１９に送信する。

【００２８】本装置を装備したすべてのシステムにおい
て、時刻同期をとることが必要なのは、送信用超音波セ
ンサを駆動するバースト信号２３，２９であり、時刻信
号２２は、時刻精度が高いことが必要であるが、その送
信周期Ｔgps はすべてのシステムで同一である必要はな
い。

【００２９】情報処理手段１９は、短時間であれば十分
に精度が高い内蔵時計を持っていて、時刻信号２２を正
確に分割することができるので、時刻信号２２の周期Ｔ
gpsは、前後車両を測定する周期Ｔより大きくても差し
支えない。

【００３０】情報処理手段１９は、ＧＰＳ受信機１６か
らの時刻信号２２を受信し、内蔵時計の補正を行う。そ
して適正なタイミングと周期で、送信用回路１７，２０
へ送信指示信号２５，２７を送出する。

【００３１】送信指示信号２５，２７の送信タイミング
および周期は、本装置を装備したすべてのシステムにお
いて同一となるように取り決める。例えば、受信用超音
波センサに入力された信号が、いつ発信されたものか間
違えないように、空気中で超音波が十分減衰する時間以
上に、周期Ｔを取り決める必要がある。

【００３２】また、送信指示信号２５，２７は、必ずし
も同時に発信する必要はなく、交互に繰り返す方法も考
えられる。そうすれば、ある時間には前後のどちらかの
超音波しか存在しないので、前後の超音波センサには、
同一のものを使用できる。

【００３３】符号１８，２１は受信用回路である。これ
は受信用超音波センサ１２，１４から送られてきたセン
サ信号２４，３０を入力して、適正な増幅，ノイズ除去
等を行って処理済センサ信号２６，２８を作成し、情報
処理手段１９へ送出する。

【００３４】図１においては、センサ信号２４，３０と
処理済センサ信号２６，２８とによって示しているが、
実際は、受信用超音波センサ１２，１４として、それぞ
れ２個のセンサを使用するので、センサ信号２４，３０
および処理済センサ信号２６，２８は、それぞれ２チャ
ネルの信号からなっている。

【００３５】図２においては、センサ信号の例として波
形を１個だけ示している。また図２においては、処理済
センサ信号の例が示されていないが、この信号は、セン
サ信号からノイズを除去し、情報処理手段１９において
信号を取り込むのに適当なレベルまで増幅したものであ
り、センサ信号とほぼ同様である。

【００３６】情報処理手段１９は、受信用回路１８，２
１から処理済センサ信号２６，２８を取り込み、前後車
両の送信用超音波センサの、自車に対する相対位置を算
出する。

【００３７】図４は、処理装置の構成を示すブロック図
である。また、図５は情報処理手段１９の処理を示すフ
ローチャートである。以下、両図に基づいて情報処理手
段１９の動作を説明する。

【００３８】図４において、内部時計３１は、ＧＰＳ受
信機１６から時刻信号２２を受けて補正されるので、十
分高い精度を有している。内部時計３１は、内部バス３
７を経て、ＣＰＵ３４から制御されるようになってお
り、本システムの装置を装備するすべての車両における
同期タイミングを同一にするため、予め定められたタイ
ミングで、送信指示信号２５，２７を送出する。また、
送信指示信号を出力すると同時に、アナログディジタル
（Ａ／Ｄ）変換部３２に対して、トリガ信号を出力す
る。

【００３９】Ａ／Ｄ変換部３２は、アナログ信号である
処理済センサ信号２６，２８を、ディジタル信号に変換
する。Ａ／Ｄ変換部３２の入力は、処理済センサ信号２
６，２８であって、入力数は、受信用超音波センサの個
数分である。Ａ／Ｄ変換部３２は、内部にランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）を有しており、ディジタル信号に
変換されたデータは、このＲＡＭの所定の場所に格納さ
れる。データの格納位置は、どの受信用超音波センサか
らのものであるかと、Ａ／Ｄ変換開始後の経過時間によ
って決定される。

【００４０】Ａ／Ｄ変換は、内部時計３１からのトリガ
信号によって開始される。Ａ／Ｄ変換は、所定のサンプ
リング周期で、ある設定された時間まで行われる。その
後、内部時計３１からのトリガ信号が入力されるまで
は、Ａ／Ｄ変換を行わない。Ａ／Ｄ変換部３２内部のＲ
ＡＭは、内部バス３７を介して、ＣＰＵ３４によって読
み取られる。所定時間のデータ取り込みが終了したと
き、内部バス３７を経て、ＣＰＵ３４に対して割り込み
を発生することによって、取り込みが終了したことを知
らせる。

【００４１】外部インタフェース部３３は、前後車両の
存在の有無と、もし存在すれば、その車両の相対位置の
データを、表示装置等の外部装置へ出力する。

【００４２】処理装置１９は、予めリードオンリーメモ
リ（ＲＯＭ）３６に格納されているプログラムに応じ
て、他のデバイスの制御と、データの処理等を行う。

【００４３】図６は、前後車両に対する測位の原理を説
明するものであって、図６（ａ）は前方（後方）の車両
から送出された超音波信号が、自車の受信用超音波セン
サに到達する際の位置関係を示し、図６（ｂ）は各信号
のタイミングを説明するものである。

【００４４】図６に於いて、超音波信号が受信用超音波
センサ１，２に到達するまでの伝播時間をＴ_1,Ｔ₂とし
たとき、前方（又は後方）の車両の送信用超音波センサ
と、自車の各受信用超音波センサ１，２までの距離Ｌ_1,
Ｌ₂は、次式の関係によって計算できる。

【００４５】Ｌ₁＝Ｃ×Ｔ₁ …（１）

【００４６】Ｌ₂＝Ｃ×Ｔ₂ …（２）

【００４７】Ｌ₁ ²＝（ｘ−ｘ₁）²＋（ｙ−ｙ₁）² …（３）

【００４８】Ｌ₂ ²＝（ｘ−ｘ₂）²＋（ｙ−ｙ₂）² …（４）

【００４９】ここで、ｘ，ｙは自車を座標原点としたと
きの前方（後方）の車両の座標位置を、ｘ_1,ｙ₁は受信
用超音波センサ１の座標位置を、ｘ_2,ｙ₂は受信用超音
波センサ２の座標位置を、各々示す。

【００５０】このように、自車のそれぞれの受信用超音
波センサの位置が既知のとき、距離Ｌ_1,Ｌ₂を知って、
式（１）〜（４）を解くことによって、自車を規準とす
る前方（又は後方）の車両の位置ｘ，ｙを求めることが
できる。なお、式（３），（４）によって２つの解が得
られるが、自車の超音波センサの前方を示す解が真の位
置を示し、後方を示すものは意味のない解である。

【００５１】本装置は、基本的には、前後車両の有無を
調べ、存在すればその位置を示す装置であるが、これを
外部装置と接続することによって、次のような運用を考
えることができる。

【００５２】即ち、表示装置に前後車両の位置を表示し
て、運転者に示すことができる。必要ならば、警告音を
発生し、表示をフラッシュさせる等の方法によって、注
意を促すことができるので、運転者は、これによって安
全な運行を行うことが可能となる。

【００５３】また、隣接する車線を走行する車両と、自
車線を走行する車両とを区別することができるので、自
車線の前後車両のみを表示させるようにすることもでき
るので、情報量を減縮して、運転者の精神的負担を軽減
することができる。

【００５４】このようにすることによって、霧の発生時
や雨天等において、視界が悪いときは、運転者の目の代
わりとなることができ、安全運行上、極めて有効なもの
となる。

【００５５】更に、この際得られた位置データを用い
て、自車が前方車両を追従するように、操舵，加減速を
自動制御することによって、隊列走行を行うことができ
る。

【００５６】図７は、隊列走行時の制御方法を示すフロ
ーチャートである。前方車の現在位置と、前方車の存在
すべき位置（規準位置）との差を検出し、これと、自車
の現在速度と操舵量とから、目標とすべき操舵量と速度
を計算し、目標操舵量に応じて操舵制御装置を制御し、
目標速度に応じて駆動制御装置を制御することによっ
て、前者との車間距離を常に一定に保って、隊列走行を
行うことができる。

【００５７】また、別の応用として、後続車に対して追
突の危険性がある旨の警告を行う機能を付加することは
簡単であり、これによって、後続車が自車に追突する危
険を避けることができる。

【００５８】図８は、後続車への追突警告を行う場合の
警告方法を説明するものであって、図中、記号ａは追突
の危険がある場合のバースト波の波形を示し、記号ｂは
追突の危険がない場合のバースト波の波形を示してい
る。

【００５９】即ち、前方車との距離が過小になってい
て、自車のブレーキ操作によって、後続車が追突する危
険性がある場合は、図８に示すように、バースト波ａを
一定周期で送出する。後続車において、情報処理手段１
９は、受信信号における一定周期のバースト波の有無を
調べ、これを検出した時は外部装置を介してその旨を運
転者に通知することによって警告を受けることができ
る。バースト波はノイズに強いので警告方法として適し
ている。一方、後続車が追突する危険性がないときは、
図８に示すバースト波ｂを距離計測周期ごとに１回だけ
送出する。

【００６０】本実施例の車両用距離測定装置を従来方式
と比較した場合、従来方式では、超音波信号を、反射物
までの往復距離を伝播させる必要があるのに対し、本実
施例の方式では、直接波を使用するので、計測可能距離
を２倍に延ばすことができる。また同じ距離にある車両
の場合、直接波方式の場合のＳ／Ｎ比は、反射方式の場
合に比べて高くなる。

【００６１】又、反射方式では、検出すべき車両より自
車に近いところに石等の反射物がある場合、検出すべき
車両から反射信号より先に、石等からの反射信号が戻っ
てきて、区別することができない。更に、反射方式で
は、検出すべき車両の、例えばバンバー，タイヤ，リヤ
ウインドウ等種々の部分からの多重反射が発生して区別
がつかない。このように、従来方式では、マルチパスの
信号によって距離測定の信頼性が低くなる。

【００６２】図９は、本実施例の方式の場合のマルチパ
スの影響を説明するものであって、図９（ａ）はマルチ
パス反射の発生を示し、図９（ｂ）は直接波とマルチパ
ス受信波とのタイミングを示したものである。

【００６３】本実施例の方式では検出すべき車両からの
直接波を受信するので、検出すべき車両からの入力信号
が受信用超音波センサに最も早く受信されるのに対し、
壁や路面等の反射によって生じるマルチパスの入力信号
は、直接波より遅れて受信用超音波センサに到達する。
従って、このようなマルチパスの信号を容易に識別して
除去することができるので、信頼性の高い距離計測を行
うことができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自車と前後の車両との相対位置関係をリアルタイムに検
出して運転者に通知することが出来るので、装置の信頼
性向上を図ることができ、とくに、他車線を走行する車
両と自車線を走行する車両とを区別することができるの
で、運転者に余分な警告を与えることがなく、警報の信
頼性を高めることができるという従来にない優れた車両
用距離測定装置を提供することができる。

【００６５】また、本発明によれば、前後車両の位置を
検出することができるので、位置データを用いて、操
舵、加減速の制御を自動的に行うことができ、複数車両
の隊列走行を自動化することができる。

【００６６】本発明方式では、同期に人工衛星（ＧＰ
Ｓ）からの高精度の時刻情報を利用するので、結果的に
前後車両の位置計測を精度よく行うことができる。さら
に本発明方式では、前後車両からの直接波を用いて距離
測定を行うため、計測可能距離範囲が長く、Ｓ／Ｎが高
い利点がある。また道路の凹凸等による超音波のマルチ
パス伝播による誤動作を生じない。また、自車と前方車
とが接近した場合、後続車に対した警告を行って、注意
を促すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用距離測定装置の一実施例を示す
図である。

【図２】図１に示された装置における各部の信号を示す
タイミングチャートである。

【図３】各センサの共振周波数を示す図である。

【図４】処理装置の構成を示すブロック図である。

【図５】処理装置の処理を示すフローチャートである。

【図６】前後車両に対する測位の原理を示す説明図で、
図６（ａ）は前後車両の位置関係を示し、図６（ｂ）は
受信波の受信時間を示す説明図である。

【図７】隊列走行時の制御方法を示すフローチャートで
ある。

【図８】後続車への追突警告を行う場合の警告方法を説
明する図である。

【図９】本発明方式の場合のマルチパスの影響を示す説
明図で、図９（ａ）は前方車からの伝播経路を示し、図
９（ｂ）はその時の受信波形を示す。

【図１０】従来の車両用距離測定方式を示す説明図で、
図１０（ａ）は反射波の伝播経路を示し、図１０（ｂ）
はその時の受信波形を示す。

【図１１】従来例における後動作の一例を示す説明図
で、図１１（ａ）は反射波の伝播経路を示し、図１１
（ｂ）はその時の受信波形を示す。

【符号の説明】

１１送信用超音波センサ１２受信用超音波センサ１３送信用超音波センサ１４受信用超音波センサ１６ＧＰＳ受信機１９情報処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 15/60 8113−5Ｊ 15/93

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の前後に設けられた超音波バースト
信号を発信する送信用超音波センサと、前記車両の前後
に設けられ他車からの超音波バースト信号を受信する受
信用超音波センサと、衛星からの時刻情報を受信するＧ
ＰＳ受信機とを備え、前記衛星からの時刻情報に同期して前記送信用超音波セ
ンサから超音波バースト信号を発信し，且つ前記各受信
用超音波センサを介して受信した前方車または後方車か
らの超音波バースト信号の到着時刻を前記衛星からの時
刻情報に同期して検出し，当該両時刻の差から前方車ま
たは後方車との相対距離を求める情報処理手段とを設け
たことを特徴とする車両用距離測定装置。
【請求項２】請求項１に記載の車両用距離測定装置に
おいて、受信用超音波センサを車両の前後にそれぞれ個
別に装備し、前記各受信用超音波センサによって求めら
れた前方車又は後方車との距離から、前記情報処理手段
によって前方車又は後方車との相対位置を求めることを
特徴とする車両用距離測定装置。