JPH07191139A

JPH07191139A - ドップラ式対地車速検出装置

Info

Publication number: JPH07191139A
Application number: JP33326693A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yoneyama; 雅利米山; Masaaki Tsuboi; 正昭坪井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は超音波送信器が送信された主ビーム
とサイドビームと強度差は小さくなった場合でも、主ビ
ームのみの周波数を検出して対地速度を正確に求めるこ
とができるよう構成したドップラ式対地車速検出装置を
提供することを目的とする。【構成】ドップラ式対地車速検出装置は車両１の後部
トランク２の底部と後部バンパ３との間に位置するよう
に取り付けられた超音波センサユニット４と、制御回路
５とよりなる。超音波センサユニット４は、送信波のサ
イドビーム１１の指向方向が路面１３に対して垂直方向
となる取り付けられている。そのため、制御回路５は、
サイドビーム１１のドップラシフトがゼロとなり、主ビ
ーム１０の反射波を受信した受信波の周波数に基づいて
対地速度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はドップラ式対地車速検出
装置に係り、特に車両の対地速度をより正確に検出でき
るよう構成したドップラ式対地車速検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車においては、車輪の回転
速度から車速を求めて運転席の速度計に現在の車体速度
を表示している。ところが、雨で濡れた路面あるいは雪
路や凍結した路面のように摩擦（μ）の低い路面を走行
する場合、車輪がスリップしやすくなり、スリップ状態
の車輪の回転速度から求めた車速は実際の車速、即ち対
地速度とずれることになる。

【０００３】一方、底摩擦の路面をより安全に走行する
装置として、路面の摩擦が低いとき駆動トルクを制御し
て車輪の空転を防止するトラクション制御装置、あるい
は摩擦が低い路面で制動したときに車輪がロックしない
ように制動力を制御するアンチロックブレーキ装置等が
開発されている。これらのトラクション制御装置又はア
ンチロックブレーキ装置等においては、車輪スリップ時
に正確な車速を得る必要があるため、上記速度計とは別
に地表面に対する車体の速度を検出する対地車速検出装
置が採用されている。

【０００４】この種の対地車速検出装置としては、例え
ば特開昭５６−１４１５７３号公報にみられるように超
音波を地表面に向けて送信した送信波と、地表面で反射
した反射波とが車速に応じて周波数差を生じるといった
ドップラ効果を利用して車体の対地速度を検出する装置
が開発されている。この対地車速検出装置では、車体の
後部に設けられた超音波送信器から送信された超音波が
路面で反射し、この反射波が車体の後部に設けられた超
音波受信器で受信されるようになっている。そして、路
面からの反射波のドップラシフト（周波数変調）を効果
的に得るため、超音波の送信方向が車体後方に約４５°
（路面に対する送信角度）傾斜している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記超音波
送信器の指向性により送信された超音波は、路面に対し
上記送信角度で進行する主ビームと、路面に対して主ビ
ームと異なる指向角を有するサイドビームとに分かれ
る。つまり、送信波の主ビームは、超音波送信器の軸線
に沿って進行し、サイドビームは超音波送信器の軸線に
対しある角度傾斜した方向に進行する。従って、サイド
ビームは主ビームよりも送信強度が弱いが、路面に対し
て送信角度が大きい分反射率が大きくなり、車両の走行
条件によっては主ビームよりも受信強度が強くなること
がある。

【０００６】又、車体が乾燥した路面を走行する際、超
音波送信器から送信された超音波の主ビームは、路面の
表面に形成された細かい凹凸で反射して超音波受信器に
至る。その場合、一部のサイドビームも路面で反射して
超音波受信器で受信されるが、受信強度が微弱なため、
車速演算部に設定された閾値（スレショルドレベル）を
越えることがなく、車速を演算するのに影響しない。

【０００７】しかるに、路面が雨により冠水している場
合、あるいは路面が凍結している場合には、超音波が反
射する地表面が凹凸のない鏡面状態となるため、車体後
部に設けられた超音波送信器から送信された超音波の主
ビームは、殆ど車体の後方に反射して超音波受信器に受
信されなくなる。そのため、超音波受信器に受信される
反射波は、主ビームの受信強度が弱まるとともに、相対
的にサイドビームの受信強度が強くなり、両者の差が小
さくなる。

【０００８】又、車両が高速走行しているとき、超音波
が送信されてから反射波が受信されるまでに車両の移動
する距離が大きいため、超音波受信器は比較的遠方から
反射した反射波を受信することになる。この場合も上記
した路面の鏡面状態の場合と同様に超音波受信器に受信
される反射波は、主ビームの受信音波強度が弱まるとと
もに、相対的にサイドビームの受信音波強度が強くな
り、両者の差が小さくなる。

【０００９】上記周波数差より車速を演算する車速演算
部では、サイドビームの反射波に基づいて車速を演算し
てしまうことがあり、その場合、実際の車速よりも遅い
速度が算出されてしまう。その結果、トラクション制御
装置又はアンチロックブレーキ装置等においては、この
対地速度に基づいてトラクション制御あるいは制動制御
を行うため、制御が遅れたり、車輪のスリップあるいは
車輪のロックを防止するための適切な制御ができなくな
る。

【００１０】そこで、本発明は上記課題に鑑み、地表面
で反射した主ビームの反射波の受信強度が弱まってもサ
イドビームの反射波による車速が検出されず、主ビーム
による車速のみを正確に演算することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
地表面に向けて超音波を送信する超音波送信器と、該地
表面で反射した反射波を受信する超音波受信器と、該超
音波送信器から送信波の周波数と該反射波の周波数との
周波数差に基づいて車両の対地車速を演算する速度演算
器と、を有するドップラ式対地車速検出装置において、
前記送信波のサイドビームが地表面に対して垂直に照射
されるように前記超音波送信器を設けたことを特徴とす
る。

【００１２】又、請求項２の発明は、地表面に向けて超
音波を送信する超音波送信器と、該地表面で反射した反
射波を受信する超音波受信器と、該送信波の周波数と予
め設定された閾値以上のレベルで受信した反射波の周波
数との周波数差に基づいて車両の対地車速を演算する速
度演算器と、を有するドップラ式対地車速検出装置にお
いて、所定速度以上の高速走行時は前記超音波受信器か
ら出力された受信強度の閾値を高い値に設定し、所定速
度以下の低速走行時は前記閾値を低い値に設定する閾値
切換手段を前記速度演算器に設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記請求項１の発明によれば、送信波のサイド
ビームが地表面に対して垂直に照射されるように超音波
送信器を設けることにより、サイドビームの反射波のド
プッラシフトをゼロにする。これにより、サイドビーム
の反射波による車速の演算誤差がなくなる。

【００１４】又、請求項２の発明によれば、所定速度以
上の高速走行時は反射波の閾値を高い値に設定し、所定
速度以下の低速走行時は閾値を低い値に設定することに
より、車両が高速走行しているときは、超音波が送信さ
れてから反射波が受信されるまでに車両が移動する距離
が大きいため、超音波受信器には比較的遠方から反射し
た反射波を受信することになるが、超音波受信器に受信
される反射波の主ビームにより車速を演算でき、正確な
車速が得られる。

【００１５】

【実施例】図１乃至図４に本発明になるドップラ式対地
車速検出装置の第１実施例を示す。各図中、ドップラ式
対地車速検出装置は、大略、車両１の後部トランク２の
底部と後部バンパ３との間に位置するように取り付けら
れた超音波センサユニット４と、制御回路５とよりな
る。

【００１６】超音波センサユニット４は、筐体６の両側
に取り付けられた支持部材６ａ，６ｂが後部トランク２
の底部２ａに固定されたブラケット７の傾斜部７ａに固
定されており、筐体６の後部からは制御回路５に接続さ
れるコネクタ８を有するケーブル９が引き出されてい
る。又、ブラケット７の両端部７ｂ，７ｃは後部トラン
ク２の底部２ａにねじ止めされている。

【００１７】従って、超音波センサユニット４は、支持
部材６ａ，６ｂのブラケット７に当接する当接面６ｃ，
６ｄの傾斜角β及びブラケット７の傾斜部７ａの傾斜角
γにより進行方向上（Ｙ方向）の傾斜角度θが決まる。
本実施例では、図１に示すように、超音波センサユニッ
ト４から送信される超音波信号は、指向方向の異なる主
ビーム１０と、複数のサイドビーム１１（１１₁…１１
_n）とに分かれる。

【００１８】即ち、超音波センサユニット４の超音波信
号は、大略、超音波センサユニット４の軸線１２に沿っ
て進行する主ビーム１０と、主ビーム１０に対しある角
度傾斜した方向に進行する１次のサイドビーム１１₁と
よりなる。本実施例では、図１に示すように、１次のサ
イドビーム１１₁の周波数差をゼロにするため、１次の
サイドビーム１１₁が路面１３に対して垂直方向に進行
するように、超音波センサユニット４を後部トランク２
の底部２ａに固定する。尚、２次以降のサイドビーム１
１₂〜１１_nは、１次のサイドビーム１１₁の強度に比
べて微弱なため無視することができる。

【００１９】この場合、主ビーム１０の路面１３に対す
る送信角度θは、超音波センサユニット４の特性によっ
ても変動するが、およそ５０〜７０°（好ましくは５５
〜６５°）になる。又、超音波センサユニット４の筐体
６には、超音波（送信波）を送信する超音波送信器１４
と、路面１３で反射した反射波（受信波）を受信する超
音波受信器１５とを埋設してなる。超音波送信器１４及
び超音波受信器１５は、構造がほぼ同じであり、内部に
超音波を送受するための振動体（図示せず）が収納され
ている。

【００２０】尚、超音波送信器１４及び超音波受信器１
５は、超音波送信器１４から送信された送信波の主ビー
ム１０が路面１３で反射して超音波受信器１５で受信さ
れるようにＸ方向上、角度α傾斜して取り付けられてい
る。この角度αは、超音波センサユニット４の取り付け
高さ及び超音波送信器１４と超音波受信器１５との間隔
（Ｘ方向の離間距離）により決められる。

【００２１】上記のように、超音波送信器１４から送信
される送信波の主ビーム１０が車両１の後方に角度θで
送信されるのは、路面１３に反射した反射波の周波数が
送信波に対してドップラシフトされるからであり、送信
波と受信波との周波数差により対地速度が演算される。
このドップラシフト周波数ｆ_dは次式により求まる。

【００２２】ｆ_d＝｛Ｖｃｏｓθ／（Ｃ−Ｖｃｏｓθ）｝×２ｆ₀ …（１）但し、Ｖは対地速度，ｆ₀は送信周波数，θは路面に対
する送信角，Ｃは音速である。従って、超音波センサユ
ニット４の取り付け角度を設定する場合、送信角θが小
さいとドップラシフトによる周波数差が大きくなる反
面、路面１３からの反射波（受信波）の強度が弱くなっ
てしまう。そのため、従来の送信角θは、通常約４５°
に設定されていた。

【００２３】図５に示すように、制御回路５は、送信波
を発生させる送信波発生回路１６、送信波発生回路１６
から出力された送信信号を増幅して超音波送信器１４に
供給する増幅器１７、超音波受信器１５から出力された
受信信号を増幅する増幅器１８、受信信号の受信レベル
が閾値以上となる主ビーム１０を検出する主ビーム検出
回路１９、主ビーム検出回路１９に受信レベルの閾値
（スレショルドレベル）を設定する閾値設定器２０、主
ビーム検出回路１９から出力された受信波の周波数と送
信波発生回路１６から出力された送信波の周波数との差
を検出する周波数差検出回路２１、周波数差検出回路２
１より得られた周波数差に基づいて対地速度を演算する
対地速度演算回路２２よりなる。

【００２４】従って、制御回路５は、主ビーム検出回路
１９により主ビーム１０のみ検出して対地速度を演算す
る。しかるに、前述したように超音波送信器１４から送
信される送信波には、軸線１２方向に進行する主ビーム
１０だけでなく、軸線１２と異なる角度ずれた方向に進
行するサイドビーム１１があるため、例えば路面が雨に
より冠水している場合、あるいは路面が凍結している場
合には、路面の表面が凹凸のない鏡面状態となるため、
超音波送信器１４から送信された主ビーム１０の反射波
は、殆ど車両１の後方に進行してしまい超音波受信器１
５に受信されない。そのため、超音波受信器１５に受信
される受信波は、主ビーム１０の受信強度が弱まるとと
もに、相対的にサイドビーム１１の受信強度が強くな
り、両者の差が小さくなる。

【００２５】又、車両１が高速走行しているとき、超音
波が送信されてから反射波が受信されるまでに車両１の
移動する距離が大きいため、超音波受信器１５は比較的
遠方から反射した反射波を受信することになる。この場
合も上記した路面１３の鏡面状態の場合と同様に超音波
受信器１５に受信される反射波は、主ビーム１０の受信
強度が弱まるとともに、相対的にサイドビーム１１の受
信強度が強くなり、両者の差が小さくなる。

【００２６】図６に受信強度と周波数との関係を求めた
実験結果を示す。同図中、一点鎖線で示すグラフＩは路
面１３が鏡面状態のときの実験結果であり、実線で示す
グラフIIは車速が所定速度（例えば４０Km/h）以下の低
速走行のときの実験結果であり、破線で示すグラフIII
は車速が所定速度（例えば４０Km/h）以上の高速走行の
ときの実験結果である。

【００２７】同図のグラフＩより、路面１３が鏡面状態
の場合、周波数が約７３KHz で−１２dBとピークにな
り、周波数が約７４KHz になると−２３dBとなるのに対
し、低速走行の場合、周波数が約７２KHz で０dBとピー
クになり、周波数が約７２KHzになると−２０dBとな
る。従って、通常走行のときは、主ビーム１０とサイド
ビーム１１との強度の差が２０dBと大きいのに対し、路
面１３が鏡面状態のときは、１１dBと小さくなる。この
ことからも路面１３が鏡面状態であるときは主ビーム１
０とサイドビーム１１との判別がしにくくなり、車速演
算時に誤差が生ずる。

【００２８】そこで、本実施例では、図１に示すように
サイドビーム１１の進行方向が路面１３に対して垂直方
向となるように、超音波センサユニット４を後部トラン
ク２の底部２ａに固定する。これにより、前述した
（１）式よりドップラシフト周波数ｆ_dがゼロになる。
そのため、サイドビーム１１が超音波受信器１５により
受信されたとしても周波数差が生じないため、車速を演
算する際に影響せず、サイドビーム１１による車速誤差
発生が防止される。

【００２９】従って、例えばトラクション制御装置又は
アンチロックブレーキ装置等においては、この対地速度
に基づいてトラクション制御あるいは制動制御を行うた
め、制御の遅れが無くなり、車輪のスリップあるいは車
輪のロックを防止するために適切な制御を行うことがで
きる。図８乃至図１０に本発明の第２実施例を示す。

【００３０】図８中、２５は超音波受信器１３で受信さ
れたピーク値を検出するピーク値検出回路で、ピーク値
に応じた大きさの信号を出力する。２６は閾値切換回路
で、ピーク値検出回路２５から出力された車速信号が供
給され、例えば超音波受信器１５で受信されたピーク値
が初期設定値Ｌ₀以上のときは閾値をＬ₀に設定し、ピ
ーク値がＬ₀以下でＬ₁以上のときは閾値をＬ₁に設定
し、ピーク値がＬ₁以下でＬ₂以上のときは閾値をＬ₂
に設定する。閾値切換回路２６は、例えば車速が４０Km
/h以下の低速走行のときは受信強度が大のため閾値をＬ
₀に設定し、車速が４０〜８０Km/hの中速走行のときは
受信強度が弱いため閾値をＬ₁に設定し、車速が８Km/h
以上の高速走行のときは受信強度が微弱のため閾値をＬ
₂に設定する。

【００３１】前述したように、車両１が高速走行してい
るとき、超音波が送信されてから反射波が受信されるま
でに車両１の移動する距離が大きいため、超音波受信器
１５は比較的遠方から反射した反射波を受信することに
なる。従って、超音波受信器１５に受信される受信波の
強度は、図８に示すように、車速が４０Km/h以下の低速
走行のとき、実線で示すように主ビーム１０とサイドビ
ーム１１との差が大きくなり、車速が高速になるにつれ
て主ビーム１０の受信強度が弱まるとともに、相対的に
サイドビーム１１の受信強度が強くなり、破線で示すよ
うに主ビーム１０とサイドビーム１１との強度差が小さ
くなる。

【００３２】しかるに、車速が高速となっても、閾値を
Ｌ₀からＬ₁又はＬ₂に切り換えることにより主ビーム
１０の受信波の周波数のみを検出することができ、対地
車速演算回路２２で車速を演算する際にサイドビーム１
１による車速誤差が生ずることが防止される。又、路面
１３が鏡面状態となったときも主ビーム１０とサイドビ
ーム１１との強度差が小さくなるが閾値をＬ₀からＬ₁
又はＬ₂に切り換えることにより主ビーム１０の受信波
の周波数のみを検出することができ、タイヤがスリップ
しやすい状態でも正確な対地速度を求めることが可能に
なる。

【００３３】図１０は閾値切換回路２６が実行する処理
のフローチャートである。同図中、ステップＳ１（以下
「ステップ」を省略する）において、超音波受信器１５
に受信された受信波の信号強度が大のときは、Ｓ２に進
み、閾値をＬ₀に設定する。しかし、Ｓ１において、超
音波受信器１５に受信された受信波の信号強度が小のと
きは、Ｓ３に進み、信号強度が小さいことを確認してＳ
４で、閾値をＬ₁に設定する。

【００３４】又、Ｓ３において、超音波受信器１５に受
信された受信波の信号強度が微弱のときは、Ｓ５に進み
信号強度が微弱であることを確認してＳ６に進み、閾値
をＬ ₂に設定する。尚、上記実施例では、閾値を３段階
に切り換えるようにしたが、これに限らず、例えば超音
波受信器１５に受信された受信波の信号強度の大きさに
応じて閾値を３段階以上の例えば５段階あるいは６段階
に切り換えるようにしても良い。

【００３５】又、上記各実施例では、超音波送信器１１
と超音波受信器１３とが同一の筐体６内に収納された一
体型の超音波センサユニット４を使用したが、これに限
らず、超音波送信器１４と超音波受信器１５とを夫々個
別に取り付ける構成を採用しても良いのは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】上述の如く、上記請求項１によれば、送
信波のサイドビームが地表面に対して垂直に照射される
ように超音波送信器を設けたため、サイドビームの反射
波のドプッラシフトをゼロにすることができ、これによ
り、サイドビームの反射波による車速の演算誤差がなく
なり、より正確な対地速度を得ることができる。

【００３７】又、請求項２によれば、所定速度以上の高
速走行時は反射波の閾値を高い値に設定し、所定速度以
下の低速走行時は閾値を低い値に設定するため、例えば
車両が高速走行しているときは、超音波が送信されてか
ら反射波が受信されるまでに車両が移動する距離が大き
いため、超音波受信器には比較的遠方から反射した反射
波を受信することになるが、閾値を低い値に設定するこ
とにより高速走行時でも超音波受信器に受信される主ビ
ームの受信信号のみにより車速を演算でき、サイドビー
ムの反射波による車速の演算誤差がなくなり、正確な車
速が得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるドップラ式対地車速検出装置の第
１実施例の正面図である。

【図２】車両の背面図である。

【図３】超音波センサユニットの図である。

【図４】超音波センサユニットが車体の後部に取り付け
られた状態を示す斜視図である。

【図５】制御回路のブロック図である。

【図６】受信強度と周波数との関係を求めた実験結果を
示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例の制御回路のブロック図で
ある。

【図８】低速走行と高速走行のときの受信信号の強度の
差を示すグラフである。

【図９】閾値検出回路が実行する処理のフローチャート
である。

【符号の説明】

１車両２後部トランク４超音波センサユニット５制御回路７ブラケット１０主ビーム１１サイドビーム１４超音波送信器１５超音波受信器１６送信波発生回路１９主ビーム検出回路２０閾値設定器２１周波数差検出回路２２対地速度演算回路２５ピーク値検出回路２６閾値切換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地表面に向けて超音波を送信する超音波
送信器と、該地表面で反射した反射波を受信する超音波
受信器と、該超音波送信器から送信波の周波数と該反射
波の周波数との周波数差に基づいて車両の対地車速を演
算する速度演算器と、を有するドップラ式対地車速検出
装置において、前記送信波のサイドビームが地表面に対して垂直に照射
されるように前記超音波送信器を設けたことを特徴とす
るドップラ式対地車速検出装置。
【請求項２】地表面に向けて超音波を送信する超音波
送信器と、該地表面で反射した反射波を受信する超音波
受信器と、該送信波の周波数と予め設定された閾値以上
のレベルで受信した反射波の周波数との周波数差に基づ
いて車両の対地車速を演算する速度演算器と、を有する
ドップラ式対地車速検出装置において、所定速度以上の高速走行時は前記超音波受信器から出力
された受信強度の閾値を高い値に設定し、所定速度以下
の低速走行時は前記閾値を低い値に設定する閾値切換手
段を前記速度演算器に設けたことを特徴とするドップラ
式対地車速検出装置。