(57)【要約】【課題】路面の傾斜角度を精度よく測定することができる傾斜計測装置を提供する。【解決手段】超音波信号を送信装置３で路面に向けて送信し、超音波信号の反射信号を受信装置４で受信する。制御部５Ａにおいて反射信号の強度を測定し、超音波信号を送信してから反射信号の強度が所定値以下になる時間を測定する。そして、反射信号の強度が所定値以下になるまでに超音波信号が届いた最長距離を算出し、最長時間に基づいて路面の傾斜角度を測定する。【選択図】図２
2007155520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を送信する送信手段と、
前記送信手段によって送信した超音波信号の反射信号を受信する受信手段と、
前記反射信号の強度を測定する強度測定手段と、
前記超音波信号を送信してから前記反射信号の強度が所定値以下になる時間を計測し、計測された時間に基づいて前記反射信号の強度が所定値以下になるまでに超音波信号が路面に到達した最長距離を算出し、前記最長距離に基づいて路面の傾斜角度を算出する傾斜角度算出手段とを備えることを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の傾斜計測装置において、
前記傾斜角度算出手段は、前記最長距離と、所定の傾斜角度の路面における最長距離との比較により路面の傾斜角度を算出することを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の傾斜計測装置において、
前記送信手段は、周波数を変更して前記超音波信号を送信し、
周波数を変更したときに前記傾斜角度算出手段によって算出した前記傾斜角度と前記最長距離とに基づいて路面の傾斜角分布を算出する傾斜角分布算出手段を備えることを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の傾斜計測装置において、
前記送信手段は、前記最長距離の水平成分が略一定距離ごとに変化するように前記超音波信号の周波数を変更することを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の傾斜計測装置において、
前記反射信号の振幅を計測する振幅計測手段と、
前記反射信号の振幅または所定の時間における平均振幅に基づいて路面上の路上物を検出する路上物検出手段とを備えることを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の傾斜計測装置において、
前記平均振幅が所定値以上になったときの超音波信号の周波数のうちの最も低い周波数における平均振幅と超音波信号の大気減衰の周波数特性に基づいて前記路上物までの距離を算出する路上物距離算出手段を備えることを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項７】
請求項５に記載の傾斜計測装置において、
前記超音波信号を送信してから前記振幅が増加するまでの時間に基づいて前記路上物までの距離を算出する路上物距離算出手段を備えることを特徴とする傾斜計測装置。
【請求項８】
車両に設けられた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の傾斜計測装置において、
前記超音波信号を送信してから前記反射信号を受信するまでの時間より超音波信号が届く最短距離を算出し、前記最短距離より前記車両の傾きを測定する傾き測定手段と、
前記車両の傾きより、前記路面の傾斜角度または前記路面の傾斜角分布を補正する補正手段とを備えることを特徴とする車両用傾斜計測装置。
【請求項９】
超音波信号を送信し、
前記超音波信号の反射信号を受信し、
前記反射信号の強度を測定し、
前記超音波信号を送信してから前記反射信号の強度が所定値以下になる時間を計測し、
計測された時間に基づいて前記反射信号の強度が所定値以下になるまでに超音波信号が路面に到達した最長距離を算出し、
前記最長距離に基づいて路面の傾斜角度を算出することを特徴とする傾斜角度算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、路面の傾斜を測定する傾斜計測装置および傾斜角度算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水平偏光レーザと垂直偏光レーザとを路面に向けて投射し、路面で反射された水平偏光レーザと垂直偏光レーザとの間の強度比より、路面の傾斜を検出する路面傾斜度検出装置が従来技術として知られている。（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２１０６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の路面斜度検出装置では、レーザの反射強度比は路面の材質や状態によって大きく相違するため、精度よく路面斜度の角度を検出することができないという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、超音波信号を送信し、送信した超音波信号の反射信号を受信し、反射信号の強度を測定し、超音波信号を送信してから反射信号の強度が所定値以下になる時間より、反射信号の強度が所定値以下になるまでに超音波信号が届いた最長距離を算出し、最長時間に基づいて路面の傾斜角度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、超音波信号を使用して、路面の傾斜角度を測定する。したがって、レーザ光に比べて路面の材質や状態の影響を受けないので、路面の傾斜角度を精度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
−第１の実施形態−
図１〜８を参照して、本発明の傾斜計測装置の第１の実施形態を説明する。第１の実施形態の傾斜計測装置１は、図１に示すように超音波信号を路面へ向けて発信して路面の傾斜角度を測定する。超音波信号は指向性を有するために、発信方向を水平方向に対して下方に向けると、車両前方が下り坂である場合、超音波信号は遠方まで届き、車両前方が上り坂である場合、超音波信号はあまり遠くまで届かない。第１の実施形態の傾斜計測装置１では、この原理を応用し、路面を反射して戻ってきた超音波信号より所定強度の超音波信号の到達距離を算出することによって、路面の傾斜角度を測定する。
【０００７】
図２は、第１の実施形態による傾斜計測装置１の全体構成を示す図である。傾斜計測装置１は、信号発生装置２と、送信装置３と、受信装置４と、制御部５Ａとを備えている。傾斜計測装置１は、後述するように送信装置３から超音波信号を発信し、路面を反射した超音波信号を受信装置４で受信して路面の傾斜角度を測定する。
【０００８】
信号発生装置２は、図３に示すように周波数制御部２１と電磁波発生部２２とから構成される。周波数制御部２１は、制御部５Ａの指示にしたがって電磁波発生部２２から発生される送信信号の中心周波数と発信タイミングとを制御する。たとえば、所定の中心周波数の信号のサイン波を半波長に変換したり、中心周波数を変更したりする。電磁波発生部２２は、送信信号を発生し、送信装置３に出力する。
【０００９】
送信装置３は、信号発生装置２から出力された送信信号を超音波信号に変換して発信する。送信装置３は熱誘起型超音波発生素子であり、図４に示すように放熱部３１と、断熱部３２と、発熱部３３との３層構造で構成される。送信装置３は、次のようにして超音波信号を発生する。信号発生装置２から出力される送信信号にしたがって、発熱部３３に電流を流すと、発熱部３３表面の空気層に温度変化が生じる。この温度変化によって空気層は膨張収縮を繰り返し、粗密波たる超音波信号が発生する。発熱部３３の温度変化が効率よく空気に伝導するため、断熱部３２には断熱効果の大きい多孔質シリコンなどが使用される。送信装置３全体の温度上昇を防止するために、放熱部３１には単結晶シリコンなどが使用される。発熱部３３には、アルミニウム薄膜などの発熱体が使用される。
【００１０】
受信装置４は、路面などを反射した超音波信号を受信し、超音波信号を受信信号に変換して制御部５Ａに出力する。受信装置４は、図５に示すように受音部４１と増幅部４２とから構成される。受音部４１はピエゾ素子からなり超音波信号を電気信号に変換し、増幅部４２に出力する。増幅部４２は電気信号を増幅して制御部５Ａに出力する。ピエゾ素子の圧電変換によって超音波信号を電気信号に変換するが、一般に知られている静電容量型によって電気信号に変換してもよい。
【００１１】
制御部５Ａは、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びその周辺回路からなり、傾斜計測装置１の各種制御を行う。制御部５Ａは、図６に示すように検知最大距離検出部５１Ａと、送波制御部５２と、記憶部５３Ａと、傾斜算出部５４Ａとから構成される。
【００１２】
検知最大距離検出部５１Ａは、図７に示すように超音波信号を送信してから、受信した超音波信号の強度が予め定めた所定値Ｊ以下になるまでの時間（以下、最長遅延時間と呼ぶ）を測定し、その最長遅延時間から検知最大距離ｄｍａｘを算出する。ここで、超音波信号を送信した時間は、後述する送波制御部５２から出力された制御信号と中心周波数信号ｆによって検出し、超音波信号の強度または振幅は、受信装置４から出力される受信信号の強度によって検出する。また、検知最大距離ｄｍａｘは、最長遅延時間に音速を乗算し、その値を２で除算することによって算出される。算出した検知最大距離ｄｍａｘは記憶部５３Ａに出力される。また、受信した超音波信号の強度が所定値以下になると同時に受信終了信号を送波制御部５２に出力する。
【００１３】
送波制御部５２は、信号発生装置２の周波数制御部２１に対して、電磁波発生部２２において発生する電気信号の中心周波数とその発信とを指示する。電気信号の発信は制御信号により指示され、電気信号の中心周波数は中心周波数信号ｆにより指示される。中心周波数は、予め定めた初期周波数ｆＳから最終周波数ｆＬまでステップ周波数ごとに周波数を変えて指示される。ここで、ステップ周波数は、大気減衰により定まる検知最大距離ｄｍａｘの水平成分が略一定の距離の間隔で変化するように、大気減衰の理論式である数式１と中心周波数とに基づいて算出される。このようにして算出されたステップ周波数は、中心周波数が大きくなるにしたがって小さくなる。
2007155520.tif 000003
ここで、ｆ：中心周波数、η：大気の粘性係数、ρ：大気密度、ｃ：音速とする。
【００１４】
図８を参照して、制御信号と中心周波数信号の出力のタイミングを説明する。図８（ａ）は、発信装置３から出力される送信信号の周波数を示し、図８（ｂ）は、受信装置４で受信される受信信号の強度を示す。図８（ｃ）は送信装置３から出力される送信信号の出力のタイミングを、図８（ｄ）は送波制御部５２から出力される制御信号および中心周波数信号ｆの出力のタイミングを、図８（ｅ）は検知最大距離検出部５１Ａから出力される受信終了信号の出力のタイミングを、図８（ｆ）は送波制御部５２から出力される終了信号の出力のタイミングをそれぞれ示す。
【００１５】
図８（ｂ）に示すように受信した超音波信号の強度が所定値Ｊ以下になると同時に、図８（ｅ）に示すように、検知最大距離検出部５１Ａは、送波制御部５２に受信終了信号を出力する。検知最大距離検出部５１Ａが受信終了信号を出力すると、図８（ｄ）に示すように、送波制御部５２は、信号発生装置２に制御信号と中心周波数信号ｆとを出力し、送信信号発信を指示する。図６に示すように制御信号は、信号発生装置２への出力と同時に検知最大距離検出部５１Ａにも出力される。また、中心周波数信号ｆは、信号発生装置２への出力と同時に検知最大距離検出部５１Ａおよび記憶部５３Ａに出力される。制御信号と中心周波数信号ｆとが出力されると、図８（ｃ）に示すように信号発生装置２から送信信号が出力される。送信信号の中心周波数は、図８（ａ）に示すように、前回指示した中心周波数とΔｆとの加算値となる。また、送波制御部５２が信号発生装置２に指示する中心周波数が最終周波数ｆＬより大きくなると、図８（ｆ）に示すように、送波制御部５２は、記憶部５３Ａに終了信号を出力する。
【００１６】
記憶部５３Ａは、中心周波数およびその中心周波数における検知最大距離ｄｍａｘを記憶する。また、終了信号を受信すると、記憶した中心周波数およびその中心周波数における検知最大距離ｄｍａｘの情報を傾斜算出部５４にまとめて出力する。
【００１７】
傾斜算出部５４Ａは、中心周波数およびその中心周波数における検知最大距離ｄｍａｘの情報から路面の傾斜角度およびその傾斜角度の分布、すなわち傾斜角分布を算出する。
【００１８】
傾斜角度は次のようにして算出される。上述したように、超音波信号は指向性を有するために、発信方向を水平方向に対して下方に向けると、図１に示すように、車両前方が下り坂である場合、超音波信号は遠方まで届き、車両前方が上り坂である場合、超音波信号はあまり遠くまで届かない。したがって、予め測定した車両前方が平坦のときの検知最大距離ｄｍａｘと、最長遅延時間を測定して算出した検知最大距離ｄｍａｘとを比較することによって、車両前方の路面の傾斜角度を算出することができる。
【００１９】
数式１に示すように中心周波数が高くなるにしたがって超音波信号の減衰量は大きくなるので、中心周波数が高くなるにしたがって超音波信号の届く距離は短くなる。したがって、超音波信号の中心周波数を変更することによって検知最大距離ｄｍａｘは変わり、車両近辺から遠方までのそれぞれの地点の傾斜角度を算出することができる。そして、それぞれの地点の傾斜角度をまとめて、傾斜角分布が算出される。
【００２０】
車両前方が平坦であるときの中心周波数ｆにおける検知最大距離ｄ０（ｆ）を予め算出する。そして、ｄ０（ｆ）には次の関係式が成り立つ。
2007155520.tif 000004
ここで、ｈ：送信装置３または受信装置４の高さ、Ｌ（ｆ）：ｄ０（ｆ）の水平方向成分である。
ｈの値は中心周波数ｆによって変わらず、また、ｄ０（ｆ）は中心周波数ｆによって定まるので、次式よりＬ（ｆ）は中心周波数ｆによって定まることがわかる。
2007155520.tif 000005
ところで、車両前方に傾斜角度θ（上り坂の傾斜角度を正とする。）の傾斜面が存在する場合の検知最大距離ｄｍａｘは次式のように表すことができる。
2007155520.tif 000006
数式３を数式４に代入する次式のようになる。
2007155520.tif 000007
算出したｄｍａｘと、予め測定してある既知の値ｄ０（ｆ）とを数式５に代入することによって、車両から水平方向成分Ｌ（ｆ）離れた位置の路面の傾斜角度θを算出する。
【００２１】
水平方向成分Ｌ（ｆ）の値は中心周波数ｆによって変わるので、中心周波数ｆを変えて様々な水平方向成分Ｌ（ｆ）の値における傾斜角度θを算出することができ、その結果から傾斜角分布を算出することができる。
【００２２】
次に第１の実施形態の傾斜計測装置１における傾斜変化分布の算出処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。図９の処理は、イグニッションスイッチがオンされるとスタートするプログラムにより、制御部５Ａにおいて実行される。
【００２３】
ステップＳ１０１では、制御信号および中心周波数信号ｆを信号発生装置２に出力する。ステップＳ１０２では、受信装置４から出力された受信信号より最長遅延時間を測定する。ステップＳ１０３では、最長遅延時間より検知最大距離ｄｍａｘを算出する。ステップＳ１０４では、中心周波数ｆとともに検知最大距離ｄｍａｘを記憶する。
【００２４】
ステップＳ１０５では、大気減衰の理論式である数式１および中心周波数ｆに基づいてステップ周波数Δｆを算出する。ステップＳ１０６では、中心周波数ｆとステップ周波数Δｆとの加算値を新たな中心周波数ｆとする。ステップＳ１０７では、新たな中心周波数ｆが最終周波数ｆＬより大きいか判定する。最終周波数ｆＬより大きい場合はステップＳ１０７が肯定判定され、ステップＳ１０８へ進む。最終周波数ｆＬ以下の場合はステップＳ１０７が否定判定され、ステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ１０８では、記憶された中心周波数ｆと検知最大距離ｄｍａｘとに基づいて、傾斜角分布の算出処理が行われる。
【００２５】
ステップＳ１０８の傾斜角分布の算出処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ２０１では、記憶している検知最大距離ｄｍａｘの中から中心周波数ｆ１における検知最大距離ｄｍａｘ（ｆ１）を抽出する。ここで、最初の中心周波数ｆ１の値を初期周波数ｆＳとする。ステップＳ２０２では、記憶している検知最大距離ｄｍａｘの中から中心周波数ｆ１とステップ周波数Δｆとの加算値である中心周波数ｆ２における検知最大距離ｄｍａｘ（ｆ２）を抽出する。ステップＳ２０３では、ｄｍａｘ（ｆ１）からｄｍａｘ（ｆ２）を引いた値の絶対値が検知誤差より大きいか判定する。ここで、ｄｍａｘ（ｆ１）からｄｍａｘ（ｆ２）を引いた値の絶対値が検知誤差より大きいことを検出することによって傾斜変化の有無を判別する。検知誤差は、たとえば１０ｍｍとする。検知誤差より大きい場合はステップＳ２０３が肯定判定され、ステップＳ２０４へ進む。検知誤差以下の場合はステップＳ２０３が否定判定され、ステップＳ２０５へ進む。
【００２６】
ステップＳ２０４では、中心周波数ｆ１を中心周波数ｆ２の周波数とする。そして、ステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０５では、中心周波数ｆ１を中心周波数ｆ２の周波数とする。そして、ステップＳ２０２へ戻る。ステップＳ２０６では、ｄｍａｘ（ｆ１）と車両前方が平坦であるときの中心周波数ｆ１における検知最大距離ｄ０（ｆ１）とを数式５に代入して中心周波数ｆ１における傾斜角度θ（ｆ１）を算出する。ステップＳ２０７では、ｄ０（ｆ１）を数式３に代入して中心周波数ｆ１における水平成分Ｌ（ｆ１）を算出する。
【００２７】
ステップＳ２０８では、中心周波数ｆ１が最終周波数ｆＬより大きいか判定する。最終周波数ｆＬより大きい場合はステップＳ２０８が肯定判定され、ステップＳ２０９へ進む。最終周波数ｆＬ以下の場合はステップＳ２０８が否定判定され、ステップＳ２０２へ戻る。ステップＳ２０９では、初期周波数ｆＳから最終周波数ｆＬまでの水平成分Ｌおよびその水平成分Ｌにおける傾斜角度θより水平成分Ｌに対する傾斜角分布を算出する。
【００２８】
以上の本発明の第１の実施形態における傾斜計測装置１は次のような作用効果を奏する。
（１）超音波信号を使用して、路面の傾斜角度を測定する。したがって、レーザ光に比べて路面の材質や状態の影響を受けないので、路面の傾斜角度を精度よく測定することができる。
【００２９】
（２）レーザ光の場合、車両近くから車両遠方までの路面における傾斜角度を測定するためには、レーザ光の照射方向を変える必要があり、そのためには複雑な走査機構を設ける必要がある。しかし、本発明の第１の実施形態では、送信する超音波信号の周波数を変えるだけで、車両近くから車両遠方までの路面の傾斜角度を測定することができる。したがって、走査機構を設ける必要はなく、簡単に、低コストで傾斜角分布を算出できる。
【００３０】
（３）超音波信号の中心周波数ｆはステップ周波数Δｆごとに変化され、そのステップ周波数Δｆは、大気減衰の理論式である数式１および中心周波数ｆに基づいて中心周波数ｆが大きくなるにしたがって小さくなるように算出される。以上のように中心周波数を変化させることによって、車両から一定の距離間隔ごとの路面の傾斜角度を測定した傾斜角分布を算出することができ、乗員にとって傾斜角分布が把握しやすくなり、乗員に対する利便性が向上する。
【００３１】
−第２の実施形態−
第２の実施形態における傾斜計測装置は第１の実施形態における傾斜計測装置１の機能に加え、路面に存在する路上物を検出することができる。以下、図１１を参照して、本発明の傾斜計測装置の第２の実施形態を説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態による傾斜計測装置で使用する制御部５Ｂを示す図である。以下、第１の実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００３２】
制御部５Ｂは、図１１に示すように検知最大距離検出部５１Ｂと、送波制御部５２と、記憶部５３Ｂと、傾斜算出部５４Ｂと、垂直物標検出部５５と、垂直物標距離検出部５６と、垂直物標距離補正部５７とから構成される。
【００３３】
検知最大距離検出部５１Ｂは、第１の実施形態の検知最大距離検出部５１Ａの機能に加え、送信信号が送信されてから最長遅延時間以内の時間（たとえば、１００μｓｅｃ）における受信信号の平均振幅（以下、終端平均振幅Ａと呼ぶ。）を計測し、計測結果を記憶部５３Ｂに出力する。このように、終端平均振幅Ａを計測するのは、路上物に反射した超音波信号の振幅は路面を反射したものに比べて極めて大きく、終端平均振幅Ａを計測することによって路上物を検出することができるからである。
【００３４】
記憶部５３Ｂは、第１の実施形態の記憶部５３Ａの機能に加え、中心周波数およびその中心周波数における検知最大距離ｄｍａｘとともにその中心周波数における終端平均振幅Ａを記憶する。
【００３５】
傾斜算出部５４Ｂは、第１の実施形態の傾斜算出部５４Ａの機能に加え、記憶部５３Ｂから終端平均振幅Ａのデータを取得し、垂直物標検出部５５に中心周波数ｆと検知最大距離ｄｍａｘと終端平均振幅Ａとのデータを出力する。
【００３６】
垂直物標検出部５５は、傾斜算出部５４Ｂから出力されたデータから所定の終端振幅（以下、終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄと呼ぶ）の２倍より大きな終端平均振幅Ａが発生したときの中心周波数ｆＡを抽出する。以下、この終端平均振幅をＡ（ｆＡ）とする。そして、中心周波数ｆＡにおける検知最大距離ｄｍａｘ（ｆＡ）を傾斜算出部５４Ｂから出力されたデータから抽出する。抽出した終端平均幅Ａ（ｆＡ）、中心周波数ｆＡおよび検知最大距離ｄｍａｘ（ｆＡ）を垂直物標距離検出部５６に出力する。
【００３７】
垂直物標距離検出部５６は、中心周波数ｆＡおける終端平均幅Ｗ（ｆＡ）を路上検出値Ｗａｌｌ（ｆＡ）として記憶する。また、中心周波数ｆＡにおける検知最大距離ｄｍａｘ（ｆＡ）を垂直物標距離候補ｄｖ（ｆＡ）として記憶する。
【００３８】
垂直物標距離補正部５７は、垂直物標距離検出部５６に記憶されている中心周波数ｆＡの中で最も周波数の低い中心周波数ｆｍｉｎを抽出し、中心周波数ｆｍｉｎにおける路上検出値Ｗａｌｌ（ｆｍｉｎ）および垂直物標距離候補ｄｖ（ｆｍｉｎ）を抽出する。そして、垂直物標距離候補ｄｖ（ｆｍｉｎ）と超音波信号の大気減衰の理論式である数式１とに基づいて路上検出値が終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄの１／１００の値になる垂直物標距離候補ｄｖを算出する。この算出した距離が、車両から路上物までの距離である垂直物標距離ｄｔになる。
【００３９】
中心周波数をｆｍｉｎに比べて大きくすると、大気減衰の理論式である数式１より大気減衰量が大きくなるので垂直物標距離候補ｄｖはｄｖ（ｆｍｉｎ）に比べて短くなり、路上検出値ＷａｌｌもＷａｌｌ（ｆｍｉｎ）に比べて小さくなる。さらに中心周波数を大きくして垂直物標距離候補ｄｖが路上物までの距離と同じ値になると、微弱な超音波信号しか路上物に届かず、路上検出値Ｗａｌｌは、終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄの１／１００の値になる。したがって、路上検出値が終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄの１／１００の値になる垂直物標距離候補ｄｖを算出することによって、車両から路上物までの距離である垂直物標距離ｄｔを算出することができる。
【００４０】
次に第２の実施形態の傾斜計測装置１における傾斜変化分布の算出処理について、図１２のフローチャートを参照して説明する。図１２の処理は、イグニッションスイッチがオンされるとスタートするプログラムにより、制御部５Ｂにおいて実行される。第１の実施形態の傾斜変化分布の算出処理と異なる部分を主に説明する。
【００４１】
ステップＳ３０１では、受信装置４から出力された受信信号より、最長遅延時間と受信した超音波信号の振幅とを測定する。ステップＳ３０２では、終端平均振幅Ａを算出する。ステップＳ３０３では、中心周波数ｆとともに検知最大距離ｄｍａｘおよび終端平均振幅Ａを記憶する。ステップＳ３０４では、記憶された中心周波数ｆと検知最大距離ｄｍａｘと終端平均振幅Ａとに基づいて、垂直物標距離算出処理が行われる。
【００４２】
ステップＳ３０４の垂直物標距離算出処理について、図１３のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ４０１では、記憶している検知最大距離ｄｍａｘおよび終端平均幅Ｗの中から中心周波数ｆ１における検知最大距離ｄｍａｘ（ｆ１）と終端平均幅Ｗ（ｆ１）とを抽出する。ここで、最初の中心周波数ｆ１は初期周波数ｆＳとする。ステップＳ４０２では、記憶している検知最大距離ｄｍａｘおよび終端平均幅Ｗの中から中心周波数ｆ１とステップ周波数Δｆとの加算値である中心周波数ｆ２における検知最大距離ｄｍａｘ（ｆ２）と終端平均幅Ｗ（ｆ２）とを抽出する。ステップＳ４０３では、ｄｍａｘ（ｆ１）からｄｍａｘ（ｆ２）を引いた値の絶対値が検知誤差より大きいか判定する。検知誤差は、たとえば１０ｍｍとする。検知誤差より大きい場合はステップＳ４０３が肯定判定され、ステップＳ４０４へ進む。検知誤差以下の場合はステップＳ４０３が否定判定され、ステップＳ４０５へ進む。ステップＳ４０４では、中心周波数ｆ１を中心周波数ｆ２の周波数とする。そして、ステップＳ４０９へ進む。
【００４３】
ステップＳ４０５では、中心周波数ｆ２における終端平均振幅Ａ（ｆ２）が終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄの２倍より大きいか判定する。２倍より大きい場合はステップＳ４０５が肯定判定され、ステップＳ４０６へ進む。終端振幅閾値Ａ＿ｓｈｏｌｄの２倍以下の場合はステップＳ４０５が否定判定され、ステップＳ４０８へ進む。ステップＳ４０６では、中心周波数ｆ２における検知最大距離ｄｍａｘ（ｆ２）を垂直物標距離候補ｄｖ（ｆ２）として記憶する。ステップＳ４０７では、中心周波数ｆ２おける終端平均幅Ｗ（ｆ２）を路上検出値Ｗａｌｌ（ｆ２）として記憶する。ステップＳ４０８では、中心周波数ｆ１を中心周波数ｆ２の周波数とする。そして、ステップＳ４０２へ戻る。
【００４４】
ステップＳ４０９では、中心周波数ｆ１が最終周波数ｆＬより大きいか判定する。最終周波数ｆＬより大きい場合はステップＳ４０９が肯定判定され、ステップＳ４１０へ進む。最終周波数ｆＬ以下の場合はステップＳ４０９が否定判定され、ステップＳ４０２へ戻る。ステップＳ４１０では、最も周波数の低いｆｍｉｎにおける路上検出値Ｗａｌｌ（ｆｍｉｎ）および垂直物標距離候補ｄｖ（ｆｍｉｎ）を抽出する。ステップＳ４１１では、垂直物標距離ｄｔを算出する。
【００４５】
以上の本発明の第２の実施形態における傾斜計測装置１は、第１の実施形態における傾斜計測装置１の作用効果のほかに次のような作用効果を奏する。
（１）受信した超音波信号の振幅を計測することによって路上物を検出することができる。したがって、路上に存在する障害物を検出することができ、乗員に対する利便性が向上する。
【００４６】
（２）路上物を検出したときの超音波信号の最低の周波数およびその超音波信号の振幅より数式１の大気減衰の減衰量に基づいて路上物までの距離を算出することができる。したがって、路上に存在する障害物までの距離を測定でき、乗員に対する利便性が向上する。
【００４７】
−第３の実施形態−
第３の実施形態における傾斜計測装置は、第２の実施形態における傾斜計測装置１の機能に加え、車両の挙動による誤差を抑えて路面の傾斜角を測定することができる。以下、図１４，１５を参照して、本発明の傾斜計測装置の第３の実施形態を説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態による傾斜計測装置１の送受信信号を説明する図である。以下、第１および第２の実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００４８】
送信装置３と受信装置４とは、図１４に示すように車両１４０の前方もしくは後方に設置し、送信装置３の送信方向と受信装置４の受信方向とを同一方向とする。そして、送信方向および受信方向を、水平方向に対して路面方向へ向けて４５°の方向にする。送信装置３および受信装置４は全角９０°の範囲で指向性を有する。
【００４９】
制御部５Ｃは、図１５に示すように検知最大距離検出部５１Ｂと、送波制御部５２と、記憶部５３Ｂと、傾斜算出部５４Ｃと、垂直物標検出部５５と、垂直物標距離検出部５６と、垂直物標距離補正部５７と、車両姿勢検出部５８と、誤差補正部５９とから構成される。
【００５０】
傾斜算出部５４Ｃは、第２の実施形態の傾斜算出部５４Ｂの機能に加え、後述する傾斜補正角θｃによって算出した傾斜角θを補正する。
【００５１】
車両姿勢検出部５８は、受信装置４、送波制御部５２および誤差補正部５９と接続している。送波制御部５２からの制御信号を受信してから受信装置４が超音波信号を受信するまでの時間、つまり、図７に示す最短遅延時間を測定する。そして、最短遅延時間に音速を乗算し、その値を２で除算して、超音波信号を送信して反射するまでの最短の距離（以下、直下距離と呼ぶ）を算出する。そして、直下距離のデータを誤差補正部５９に出力する。
【００５２】
誤差補正部５９は、直下距離に基づいて車両１４０の存在する路面の角度を算出する。この角度が上述した傾斜補正角θｃとなる。超音波信号の送信方向および受信方向は、水平方向に対して路面方向へ向けて４５°の方向であるので、車両１４０が上り坂にあるときは、直下距離は短くなり、車両１４０が下り坂にあるときは、長くなる。したがって、直下距離を算出することによって、車両１４０の存在する路面の角度を算出することができる。算出した傾斜補正角θｃは傾斜算出部５４Ｃに出力される。
【００５３】
次に第３の実施形態の傾斜計測装置１における傾斜変化分布の算出処理について、図１６のフローチャートを参照して説明する。図１６の処理は、イグニッションスイッチがオンされるとスタートするプログラムにより、制御部５Ｃにおいて実行される。第２の実施形態の傾斜変化分布の算出処理と異なる部分を主に説明する。
【００５４】
ステップＳ５０１では、受信装置４から出力された受信信号より最短遅延時間と最長遅延時間と受信した超音波信号の振幅とを測定する。ステップＳ５０２では、最短遅延時間より傾斜補正角θｃを算出する。ステップＳ５０３では算出した傾斜角分布を傾斜補正角θｃで補正する。たとえば、車両１４０が傾斜角度θｃの路面上に存在するとき、傾斜角度θは実際の傾斜角度よりθｃ程大きな値で測定される。したがって、傾斜角度を傾斜角度θから傾斜補正角θｃを引いた値に補正する。
【００５５】
以上の本発明の第３の実施形態における傾斜計測装置１は、第１および第２の実施形態における傾斜計測装置１で得られる作用効果のほかに次のような作用効果を奏する。
（１）傾斜補正角θｃによって検出した路面の傾斜角を補正するので、車両の傾きによる路面の傾斜角の測定誤差を解消することができる。したがって、高い精度で路面の傾斜角度を測定することができる。
【００５６】
以上の実施の形態の傾斜計測装置１を次のように変形することができる。
（１）送信装置３の超音波信号の送信方向とその超音波信号の強度の関係、つまり超音波信号の指向性と、反射した超音波信号の強度が所定値以下になる時間とに基づいて路面の傾斜角度を測定するものであれば、実施形態に限定されない。
【００５７】
（２）平均振幅Ｗが所定値以上になったときの超音波信号の周波数のうちの最も低い周波数における平均振幅Ｗと超音波信号の大気減衰の周波数特性に基づいて路上物までの距離を算出したが、超音波信号を送信してから路上物に反射した超音波信号を検出するまでの時間に基づいて路上物までの距離を算出するようにしてもよい。路上物を反射した超音波信号の振幅や強度は路面を反射する場合に比べて大きい。したがって、反射した超音波信号の振幅や強度が増加する時点を検出することによって、超音波信号を送信してから路上物に反射した超音波信号を検出するまでの時間を測定することができる。そして、この測定した時間に音速を乗算して２で除算することによって路上物までの距離を測定することができる。
【００５８】
（３）送信装置３は、電気信号を変換して超音波信号を発振するものであれば熱誘起型超音波発生素子に限定されず、ピエゾ素子でもよい。
【００５９】
（４）予め測定した車両前方が平坦のときの検知最大距離ｄｍａｘと、最長遅延時間を測定して算出した検知最大距離ｄｍａｘとを比較することによって路面の傾斜角度を算出したが、既知の傾斜角度の路面で予め算出した検知最大距離ｄｍａｘと、最長遅延時間を測定して算出した検知最大距離ｄｍａｘとを比較することによって、路面の傾斜角度を算出するようにしてもよい。
【００６０】
（５）路面の傾斜角が、所定の中心周波数における検知最大距離ｄｍａｘによって算出することができるということは、超音波信号の中心周波数と、路面の傾斜角度と、検知最大距離ｄｍａｘとの関係を示すテーブルを作成することができるということを示す。したがって、予め超音波信号の中心周波数と、路面の傾斜角度と、検知最大距離ｄｍａｘとの関係を示すテーブルを作成し、検知最大距離ｄｍａｘから、このテーブルを参照して路面の傾斜角度を算出できるようにしてもよい。このようにすることによって傾斜角度算出処理の短縮化を図ることができる。
【００６１】
特許請求の範囲の要素と実施の形態との対応関係を説明する。
本発明の送信手段は信号発生装置２および発信装置３に対応し、受信手段は受信装置４に対応する。強度測定手段は検知最大距離検出部５１に対応し、傾斜角度測定手段は傾斜算出部５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃに対応する。傾斜角分布算出手段は傾斜算出部５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃに対応し、振幅計測手段は検知最大距離検出部５１に対応する。路上物検出手段は垂直物標検出部５５に対応し、路上物距離算出手段は垂直物標距離検出部５６および垂直物標距離補正部５７に対応する。傾き測定手段は車両姿勢検出部５８および誤差補正部５９に対応し、補正手段は傾斜算出部５４Ｃに対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係になんら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態における傾斜計測装置の傾斜角度測定の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における傾斜計測装置の全体構成を示す図である。
【図３】信号発生装置の構成を示すブロック図である。
【図４】送信装置の構成を示す図である。
【図５】受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図７】検知最大距離検出部で検出する受信信号を説明するための図である。
【図８】図８（ａ）は発信装置から出力される送信信号の周波数を、図８（ｂ）は受信装置で受信される受信信号の強度を、図８（ｃ）は送信装置から出力される送信信号の出力のタイミングを、図８（ｄ）は送波制御部から出力される制御信号および中心周波数信号の出力のタイミングを、図８（ｅ）は検知最大距離検出部から出力される受信終了信号の出力のタイミングを、図８（ｆ）は送波制御部から出力される終了信号の出力のタイミングをそれぞれ示す図である。
【図９】第１の実施形態の傾斜変化分布の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態の傾斜角分布の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施形態の傾斜変化分布の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】第２の実施形態の垂直物標距離算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】第３の実施形態における車両に取り付けた送信装置および受信装置を説明するための図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態における制御部の構成を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施形態の傾斜変化分布の算出処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１  傾斜計測装置                            ２  信号発生装置
３  送信装置    地図データ格納部            ４  受信装置
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  制御部                    ２１  周波数制御部
２２  電磁波発生部                          ３１  放熱部
３２  断熱部                                ３３  発熱部
４１  受音部                                ４２  増幅部
５１Ａ，５１Ｂ  検知最大距離検出部          ５２  送波制御部
５３Ａ，５３Ｂ  記憶部                      ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ  傾斜算出部
５５  垂直物標検出部                        ５６  垂直物標距離検出部
５７  垂直物標距離補正部                    ５８  車両姿勢検出部
５９  誤差補正部                            １４０  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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