(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向前方に所定の俯角をもって第１の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第１波動信号送受波器と、
進行方向後方に所定の俯角をもって第２の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第２波動信号送受波器と、
前記第１、第２波動信号送受波器で受波した反射波のそれぞれの周波数を検出する第１、第２周波数検出器と、
前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて、車両の路面に対する傾斜角を算出する傾斜角算出手段とを備え、
前記傾斜角算出手段は、前記第１波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向前方のドップラ周波数と、前記第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向後方のドップラ周波数と、の和を被除数とし差を除数とする商から車両の路面に対する傾斜角を算出する
ことを特徴とする車載用傾斜計測装置。
【請求項２】
前記第１、第２波動信号送受波器を、実質的に１つの筐体に実装し、当該筐体を車両に装着することを特徴とする請求項１記載の車載用傾斜計測装置。
【請求項３】
進行方向前方に所定の俯角をもって第１の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第１波動信号送受波器と、
進行方向後方に所定の俯角をもって第２の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第２波動信号送受波器と、
前記第１、第２波動信号送受波器で受波した反射波のそれぞれの周波数を検出する第１、第２周波数検出器と、
前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて、車両の路面に対する傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と、前記反射波の周波数に基づいて、路面に対する車両の速度を算出する車速算出手段とを備え、
前記傾斜角算出手段は、前記第１波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向前方のドップラ周波数と、前記第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向後方のドップラ周波数と、の和を被除数とし差を除数とする商から車両の路面に対する傾斜角を算出する
ことを特徴とする車載用傾斜車速計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、車両のサスペンション制御装置、ヘッドライトのビーム制御装置、車速制御装置等に適用して好適な車載用傾斜計測装置および傾斜車速計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のサスペンション制御、ヘッドライトのビーム制御等においては、車両の路面に対する傾斜角を計測することが必要になる。傾斜角の計測手段としては、バーティカルジャイロ、振り子式傾斜計等が存在するが、それらはいずれも地球の水平面に対する傾斜角を計測するものであり、車両の路面に対する傾斜角を計測する用途には適していない。すなわち、これらの傾斜角計測手段は、車両に搭載した場合、車両の加速度により計測精度が影響を受け、また、高価でもある。
【０００３】
一方、車両の路面に対する傾斜角を計測する車載用の傾斜角計測装置としては、空中超音波を利用した装置が知られている。車両のサスペンション制御、ヘッドライトのビーム制御等、車両の進行方向に対する前後の傾き（路面に対する前後方向の傾斜）を計測する必要がある場合、図４に示すように、車両１の前面側底部Ｆと後面側底部Ｒにそれぞれ１箇の超音波送受波器２、３を装着し、路面Ｍに向けて垂直に超音波信号（超音波パルス）を送波する。
【０００４】
超音波送受波器２、３から送波された超音波信号は、路面Ｍからの反射波（反射エコー）となり、超音波送受波器２、３にて受波される。送波された超音波信号と反射エコーから超音波信号の伝搬時間を計測することにより、それぞれの超音波送受波器２、３が装着された位置、すなわち、車両１の前面側底部Ｆと後面側底部Ｒの地上高（路面Ｍからの車両の高さ＝車高）を求め、この前後の車高の差と、２箇の超音波送受波器２、３の取り付けられた間隔Ｌから、車両１の路面Ｍに対する傾斜角を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の空中超音波を利用した傾斜角計測装置では、車両の前後の底部にそれぞれ１箇の超音波送受波器を装着する必要があり、車両の進行方向と平行な同一線上、すなわち、車軸上の２箇所に超音波送受波器の装着場所を確保することが困難となるばかりでなく、各送受波器へのケーブル類の配線も煩雑になるという問題が指摘されている。
【０００６】
また、この空中超音波を用いて車両の前・後部の車高を計測する傾斜角計測装置では、路面に凹凸がある悪路や、降雪時の路面においては、路面からの地上高さを正確に計測することができず、計測した路面に対する車両の傾斜角に誤差が生じるという不都合も存在していた。
【０００７】
従って、この発明は、車両への装着、配線等の処理が容易で、誤差の少ない傾斜角の計測が可能となる車載用傾斜計測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、この発明は、傾斜角と車速を同時に計測可能な傾斜車速計測装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、進行方向前方に所定の俯角をもって第１の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第１波動信号送受波器と、進行方向後方に所定の俯角をもって第２の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第２波動信号送受波器と、前記第１、第２波動信号送受波器で受波した反射波のそれぞれの周波数を検出する第１、第２周波数検出器と、前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて、車両の路面に対する傾斜角を算出する傾斜角算出手段とを備え、前記傾斜角算出手段は、前記第１波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向前方のドップラ周波数と、前記第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向後方のドップラ周波数と、の和を被除数とし差を除数とする商から車両の路面に対する傾斜角を算出することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、車両の走行時に、第１の波動信号送受波器が、進行方向前方に向かって、例えば、超音波パルス等の波動信号を所定の俯角をもって送波し、第２の波動信号送受波器が、進行方向後方に向かって、同様に、超音波パルス等の波動信号を所定の俯角をもって送波し、それぞれ路面から反射されるエコー信号（反射波）を受波する。第１、第２周波数検出器は、それぞれ第１、第２波動信号送受波器で受波した反射信号の周波数を検出し、傾斜角算出手段は、第１波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と反射波の周波数に基づいて算出される進行方向前方のドップラ周波数と、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と反射波の周波数に基づいて算出される進行方向後方のドップラ周波数と、の和を被除数とし差を除数とする商から車両の路面に対する傾斜角を算出する。すなわち、送受波器から波動信号を送波し、路面から反射して帰来する反射波を受波する過程で生じるドップラ効果を利用して車両の走行状態での路面に対する傾斜角を計測する。
【００１２】
また、この発明は、第１、第２波動信号送受波器を、実質的に１つの筐体に実装し、その筐体を車両に装着することを特徴とする。従って、車両の底部１箇所のみに傾斜計測装置を装着すればよいことになる。
【００１３】
この発明によれば、進行方向前方に所定の俯角をもって第１の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第１波動信号送受波器と、進行方向後方に所定の俯角をもって第２の波動信号を送波し、路面からの反射波を受波する少なくとも１箇の第２波動信号送受波器と、前記第１、第２波動信号送受波器で受波した反射波のそれぞれの周波数を検出する第１、第２周波数検出器と、前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて、車両の路面に対する傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記第１、第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と、前記反射波の周波数に基づいて、路面に対する車両の速度を算出する車速算出手段とを備え、前記傾斜角算出手段は、前記第１波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向前方のドップラ周波数と、前記第２波動信号送受波器から送波される波動信号の周波数と前記反射波の周波数に基づいて算出される進行方向後方のドップラ周波数と、の和を被除数とし差を除数とする商から車両の路面に対する傾斜角を算出することを特徴とする。
【００１５】
さらに、この発明によれば、上述の傾斜角算出手段と車速算出手段とを合わせて持つことで、傾斜と車速を同時に算出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この発明の原理を示す説明図である。
【００１８】
図１において、路面Ｍに対して所定の等しい俯角θをもって波動信号である超音波パルスを送波する波動信号送受波器１１、１２が、１つの筐体１４に実装（収容）され、車両１６の底部に装着されている。
【００１９】
今、車両１６が矢印Ｘ方向（水平方向、車両の前後方向）に速度ｖで走行し、矢印Ｙ方向（垂直方向、車両の上下方向）に速度ｕで上下動をしているとする。この時、波動信号送受波器１１、１２から、それぞれ送信周波数ｆ１  （Ｈｚ）、ｆ２  （Ｈｚ）の超音波パルスを送波すると、路面Ｍで反射され、それぞれの波動信号送受波器１１、１２で受波される反射波（反射エコー）に含まれるドップラ周波数ｆｄ１  （Ｈｚ）、ｆｄ２  （Ｈｚ）は、空気中の超音波の伝搬速度をｃ（ｍ／ｓ）とすると、（１−１）式および（１−２）式で与えられる。
【００２０】
ｆｄ１  ＝（２ｆ１  ／ｃ）（ｖｃｏｓθ−ｕｓｉｎθ）        …（１−１）
ｆｄ２  ＝（２ｆ２  ／ｃ）（−ｖｃｏｓθ−ｕｓｉｎθ）      …（１−２）
今、送信周波数ｆ１  と送信周波数ｆ２  とを同一周波数ｆ０  とし、かつ、車両１６が図１に示すように、路面Ｍに対して前後方向にｄθの傾斜が生じているものとすると、前記（１−１）式、（１−２）式は、それぞれ、（２−１）式および（２−２）式になる。
【００２１】
0003631550.tif 000002
この（２−１）式と（２−２）式からドップラ周波数ｆｄ１  とドップラ周波数ｆｄ２  の和と差をそれぞれ求めると、それぞれ、（３−１）式、（３−２）式が得られる。
【００２２】
0003631550.tif 000003
ここで、車両１６の矢印Ｘ方向（車両の前後方向）の速度ｖに比較して、矢印Ｙ方向（車両の上下方向）の速度ｕは、ｖ≪ｕ（ｖ、ｕは絶対値で比較）と考えられるため、ｕ≒０とする。これにより、（３−１）式、（３−２）式は、それぞれ、（４−１）式、（４−２）式になる。
【００２３】
ｆｄ１  ＋ｆｄ２  ≒（４ｆ０  ｖ／ｃ）ｓｉｎθｓｉｎｄθ      …（４−１）
ｆｄ１  −ｆｄ２  ≒（４ｆ０  ｖ／ｃ）ｃｏｓθｃｏｓｄθ      …（４−２）
傾斜角ｄθは、路面Ｍに対する車両１６の傾斜角であるから、微小角、例えばｄθ≦５度であるとすれば、ｓｉｎｄθ≒ｄθ、ｃｏｓｄθ≒１と近似できるから、前記の（４−１）式、（４−２）式は、それぞれ、（５−１）式、（５−２）式になる。
【００２４】
ｆｄ１  ＋ｆｄ２  ＝（４ｆ０  ｖ／ｃ）ｓｉｎθ・ｄθ          …（５−１）
ｆｄ１  −ｆｄ２  ＝（４ｆ０  ｖ／ｃ）ｃｏｓθ                …（５−２）
さらに、車両１６の矢印Ｘ方向（車両の前後方向）の速度ｖは、車両１６が走行中であれば、ｖ≠０であるから、前記（５−１）式、（５−２）式の商をとると、（６）式が得られる。
【００２５】
（ｆｄ１  ＋ｆｄ２  ）／（ｆｄ１  −ｆｄ２  ）＝ｔａｎθ・ｄθ≒ｄθ…（６）
この（６）式から分かるように、車両の前進方向と後方向のドップラ周波数ｆｄ１  とｆｄ２  の和と差の商から傾斜角ｄθを算出することができる。但し、（６）式において、俯角θは、θ＝４５°（ｔａｎθ＝１）とした。
【００２６】
また、前記（５−２）式を速度ｖについて解くと、（７）式が得られる。
【００２７】
ｖ＝（ｆｄ1−ｆｄ2）・ｃ／（４ｆ0・ｃｏｓθ） …（７）
すなわち、車両１６の前進方向と後方向のドップラ周波数ｆｄ1とｆｄ2の差から、車両１６の路面Ｍに対する速度（車速）を算出することができる。
【００２８】
図２は、この発明の一実施の形態の詳細な構成を示すブロック図である。
【００２９】
図２において、車載用傾斜計測装置１０は、路面Ｍに対して所定の俯角θをもって車両の前進方向ならびに後方に超音波パルスを送波する超音波送受波器（波動信号送受波器）１１、１２を含む送受波器装置２０と信号処理装置３０から構成されており、この超音波送受波器１１、１２は、実質的に同一の、例えば、１つの筐体に配設され、図１に示したように、車両に搭載されている。
【００３０】
送受波器装置２０は、超音波送受波器１１、１２から超音波信号を送信し、かつ超音波送受波器１１、１２から超音波信号を受信するための送受信回路２１１、２１２から構成されている。信号処理装置３０は、送受信回路２１１、２１２についての送受信信号を処理するための信号処理回路３１１、３１２とマイクロプロセッサ等の中央演算処理回路（ｃｐｕ）４０とから構成されている。
【００３１】
信号処理回路３１１、３１２は、中央演算処理回路４０の制御の下に対応する送受信回路２１１、２１２、すなわち、超音波送受波器１１および１２による超音波送波を制御する。また、対応する送受信回路２１１、２１２、すなわち、超音波送受波器１１、１２より得られた受波信号に所定の処理を施し、その結果を中央演算処理回路４０に供給する。
【００３２】
中央演算処理回路４０は、超音波送受波器１１、１２の周囲温度Ｔａｉｒ  ［℃］を検出するサーミスタ５０の出力と合わせ、信号処理回路３１１、３１２の出力に基づき、所定の処理を実行する。その結果得られたデータ、例えば、車両１６の路面Ｍに対する傾斜角ｄθ、車速ｖは、出力端子４１を介して図示しない後段の装置、例えば、サスペンション制御システム、ヘッドライトビーム制御システム、アンチロックブレーキシステム等に送られて利用に供される。
【００３３】
送受信回路２１１と送受信回路２１２および信号処理回路３１１と信号処理回路３１２は、全く同一の構成であり、全く同じように動作するので、以下の説明では、送受信回路２１１と信号処理回路３１１についてのみ説明する。
【００３４】
送受信回路２１１は、送受切換器２１３、前置増幅回路２１４および電力増幅回路２１５を備えている。送受切換器２１３は、送受波器１１の送信と受信の切り換えを行うスイッチである。電力増幅回路２１５は、後述する信号処理回路３１１の送信パルス生成回路３２８にて生成される信号Ｐ１  （図３ａ参照）を電力増幅して送受切換器２１３を介して送受波器１１を駆動する。前置増幅回路２１４は、送受波器１１により超音波パルス信号を送波した後、当該送受波器１１で受波される路面Ｍからの反射エコー信号を固定利得にて増幅し、後段の信号処理回路３１１に出力する。
【００３５】
信号処理回路３１１は、帯域フィルタ３２２、増幅回路３２３、ＡＮＤゲート３２４、検波回路３２５、レベル比較回路３２６、周波数計数回路３２７および送信パルス生成回路３２８から構成されている。
【００３６】
帯域フィルタ３２２は、送受波器１１の受信信号から所定の周波数帯域に属する信号成分を取り出すためのフィルタであり、その出力は増幅回路３２３により適当なレベルの信号Ｅ１  に増幅された後、ＡＮＤゲート３２４および検波回路３２５に供給される。検波回路３２５は、この信号を全波整流することにより、濾波および増幅された受波信号Ｅ１  （図３ｂ参照）を直流検波信号に変換する。
【００３７】
レベル比較回路３２６は、直流検波信号の電圧値を所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ  ：スレショルドレベルと称する）と比較し、前者が後者を上回っている間ハイレベルとなる受波検出ゲート信号（検波ゲート信号）Ｇ１  （図３ｃ参照）を出力する。
【００３８】
次に、ＡＮＤゲート３２４によって受波信号Ｅ１  と検波ゲート信号Ｇ１  の論理積を求めることによって、受波信号Ｅ１  の中から路面Ｍからの反射エコー信号（図３ｂ参照）を取り出すことができる。
【００３９】
ＡＮＤゲート３２４は、取り出した反射エコー信号を周波数計数回路３２７に供給し、周波数計数回路３２７は、その周波数ｆｒ１を計数する。計数する方法は、一例として、内蔵する周知の位相ロックループ回路によってＡＮＤゲート３２４の出力に位相追従し、位相ロック時点での電圧制御発振器（ＶＣＯ）の制御電圧をサンプルホールドし、当該電圧制御発振器の発振周波数を一定期間中央演算処理回路４０に内蔵するカウンタにより、直接、計数することができる。
【００４０】
送信パルス生成回路３２８は、カウンタを内蔵しており、中央演算処理回路４０から供給される、例えば、１０（ＭＨｚ）の基準信号を分周する。その際、中央演算処理回路４０は、分周設定用のコントロール信号を出力して分周比を制御する。また、送信パルス生成回路３２８は、分周により得られた周波数ｆａ  （超音波キャリア周波数）の信号を基準信号に同期してパルス変調することにより、図３の波形図の（ａ）に示すパ送信ルス幅Ｔｗ  、繰り返し周期Ｔｏ  の送信パルス信号Ｐ１  を生成する。
【００４１】
なお、図３において、（ｂ）は送受波器１１の受波信号Ｅ１  の波形を、（ｃ）は受波検出ゲート信号Ｇ１  の波形を、それぞれ、示している。また、図３において、縦軸は信号レベル、横軸は時間軸である。
【００４２】
中央演算処理回路４０は、このようにして得られた情報を使用して各種の計測演算を実行する。まず、（８−１）式の演算を実行することにより、受波信号Ｅ１  のドップラ周波数を検出し、同様に送受波器１２により検波された検波信号Ｅ２  のドップラ周波数を、（８−２）式の演算を実行することにより検出する。
【００４３】
ｆｄ１＝ｆｒ１−ｆ０                        …（８−１）
ｆｄ２＝ｆｒ２−ｆ０                        …（８−２）
ここで、ｆｒ２は、受波信号Ｅ２  の路面Ｍからの反射エコー信号の周波数である。
【００４４】
次に、前述の（６）式に従って演算し、車両１６の路面Ｍに対する傾斜角ｄθを検出する。また、前述の（７）式に従って演算し、路面Ｍに対する車両１６の速度ｖを検出する。ここで、ｃは音速であり、（９）式により求めることができる。
【００４５】
ｃ＝３３１．６＋０．６１×Ｔａｉｒ        …（９）
なお、上述の実施例では、送受波器１１、１２の送信周波数を同一の値としたが、各々異なる周波数ｆ１  、ｆ２  としても何ら差し支えない。また、以上の説明では、超音波パルス信号による計測の例を示したが、この発明は、ミリ波、光信号等の他の種類の波動信号を用いた計測においても、同様に実施することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、従来の空中超音波を用いて車両の前・後部の車高を計測する傾斜角計測装置に比較し、路面に凹凸がある悪路や、降雪時の路面においても、路面に対する車両の傾斜角を正確に計測することができ、また、実質的に１つの筐体に波動信号送受波器を実装したことにより、車両への装着、配線の処理が容易になるという効果が達成される。
【００４７】
また、この発明によれば、傾斜角計測装置に何ら付加することなく、利用価値の高い路面に対する車両の走行速度である車速を精度よく計測することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理を示す説明図である。
【図２】この発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の例についての要部波形を説明する波形図である。
【図４】従来の車載用の傾斜角計測装置を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１０…車載用傾斜計測装置            １１、１２…送受波器
１４…筐体                          ２０…送受波器装置
３０…信号処理装置                  ４０…中央演算処理回路
５０…サーミスタ                    ２１１、２１２…送受信回路
２１３、２１６…送受切換器            ２１４、２１７…前置増幅回路
３２２、３２９…帯域フィルタ          ３２３、３３０…増幅回路
３２４、３３１…ＡＮＤゲート        ３２５、３３２…検波回路
３２６、３３３…レベル比較回路      ３２７、３３４…周波数計数回路
３２８、３３５…送信パルス生成回路
【図１】
0003631550.tif 000004
【図２】
0003631550.tif 000005
【図３】
0003631550.tif 000006
【図４】
0003631550.tif 000007