JP2004045229A

JP2004045229A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2004045229A
Application number: JP2002203404A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hanawa; 塙　　和彦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】ヨーレートセンサや操舵角センサを使用しない簡単なシステム構成で、光軸ずれ量を算出し、先行車両の方位角度の補正ができ、必要に応じて光軸エラーを判定する。
【解決手段】レーダ装置を搭載する自車両と先行車両の加速度の状態と、先行車両の方位角度、及び自車両と先行車両の単位時間中の移動距離の比を算出し、任意の走行パターンから、自車両と先行車両が同一直線の道路を走行している状態を判定し、この状態おいて、先行車両の方位角度を統計処理し光軸ずれを算出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自車両の前方に存在する先行車両を検知するレーダ装置に関し、レーダ光軸のずれ量を検知して補正することにより先行車両の正確な位置を得ることが可能なレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自車の自動運転や衝突防止を実現するための前方監視手段として、通常、レーダ装置が用いられている。そして、前方物票の正確な位置を検出するためには、レーダ装置の光軸と自車の前後軸を一致させる必要がある。レーダの取付位置において、外部衝撃，振動、もしくは、レーダの経年変化により、レーダが計測する水平方向の０度方向（光軸）が車両の進行方向とずれることがある。この場合、レーダ性能が損なわれ、先行車の位置を誤認識し、場合によっては前方に先行車が存在するにもかかわらず存在しないと判断し、その結果衝突を引き起こしてしまう恐れがある。そのため、光軸がずれたことをレーダが判断し、必要に応じて外部装置に報知し、かつ自動補正する機能が必要である。
【０００３】
公知例特開平１１−１４２５２０号や特開平１１−９４９４３号では、自車両及び先行車両が同一の直線道路を走行中に先行車両の方位角度を利用して、光軸ずれ量を算出し、補正に用いる手段を提供している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、公知例の光軸ずれ算出方法では、ヨーレートセンサや操舵角センサを用い、自車両及び先行車両が直線道路を走行していることを判別する手段が必要である。これらのセンサを持たない車両にレーダ装置を後付けする場合は、これらのセンサも改めて取りつける必要があるため、適応車種の制限，取付性，コストアップの問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ヨーレートセンサや操舵角センサの情報を用いずに、自車両及び先行車両の加速度や単位時間あたりの移動距離の比、及び先行車両の方位角度の情報から自車両及び先行車両が同一直線道路を走行していることを判別する処理を用い、光軸ずれ角度を算出できる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の問題点を解決するために、レーダ装置を搭載する自車両と先行車両の加速度の状態と、先行車両の方位角度、及び自車両と先行車両の単位時間中の移動距離の比を算出し、任意の走行パターンから、自車両と先行車両が同一直線の道路を走行している状態を判定し、この状態において、取得したデータに基づき、先行車両の方位角度を統計処理し光軸ずれを算出する手段を提供する。
【０００７】
本発明は、具体的には次に掲げる装置および方法により実現される。
【０００８】
本発明の第１の発明は、自車両の加速度を検知する手段と、その前方にある先行車両の加速度を検知する手段と、前記先行車両との車間距離を検出する手段と、前記自車両と前記先行車両との相対速度を検出する手段と、前記先行車両の方位角度を算出する手段と、単位時間あたりの前記自車両の移動距離の比を計算する手段と、単位時間あたりの前記先行車両の移動距離の比を計算する手段と、前記自車両と前記先行車両の加速度と前記先行車両の方位角度と前記自車両と前記先行車両の移動距離の比の関係から前記自車両と前記先行車両が同一直線道路走行していることを判定する手段と、前記判定手段の結果に基づいて光軸ずれ量を算出する手段を提供する。
【０００９】
本発明の第２の発明は、前記自車両と前記先行車両の車間距離一定の状態を前記判定手段の開始条件に用いる手段を提供する。
【００１０】
本発明の第３の発明は、前記自車両と前記先行車両が加速状態にあり、前記先行車両の加速度が前記自車両よりも大きい条件を用いて前記判定をする手段を提供する。
【００１１】
本発明の第４の発明は、前記先行車両の検知する方位角度が任意の一定範囲内にあることを条件に用いて前記判定をする手段を提供する。
【００１２】
本発明の第５の発明は、前記自車両と前記先行車両の単位時間あたりの移動距離の比が一致していないことを条件に用いて前記判定をする手段を提供する。
【００１３】
本発明の第６の発明は、前記自車両と前記先行車両が同一直線道路走行している期間の、初めの任意時間と終わりの任意時間を除外した時間に採取した先行車両の方位角度を統計処理し、光軸ずれ量を算出する手段を提供する。
【００１４】
本発明の第７の発明は、前記光軸ずれ量算出手段により、算出した光軸ずれ量に応じ、検知した先行車両の方位角度を補正する手段を提供する。
【００１５】
本発明の第８の発明は、前記光軸ずれ量算出手段により、算出した光軸ずれ量が所定値以上かどうか判断する手段と、所定値を超えた場合に外部装置に報知する手段を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本出願の実施例を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１に本発明を適用したレーダ装置１の構成図を示す。レーダ装置１は、レーダモジュール２及び信号処理装置３を内蔵する。レーダモジュール２はレーダ装置１の前方にある先行車両を検出するために電波もしくはレーザ波を送受信し、送受信波の周波数や位相情報を含む中間信号１１を出力する。信号処理装置３は中間信号１１を入力する。信号処理装置３はＡ／Ｄ変換器４，先行車両検知手段５，走行状態判定手段６，光軸ずれ量算出手段７，方位角度補正手段８、及び光軸エラー情報出力手段９を内蔵する。中間信号１１はサンプリング信号１２に変換され先行車両検知手段５に入力される。先行車両検知手段５は、サンプリング信号１２と車速センサ１０からの車速信号１８の情報をもとに、先行車両情報Ａ１３（車間距離，相対速度、及び方位角度）を算出する。さらに、走行状態判定手段６は、車速信号１８と、先行車両情報Ａ１３から、自車両と先行車両の加速度の状態と、先行車両の方位角度、及び自車両と先行車両の単位時間中の移動距離の比を算出し、任意の走行パターンから、自車両と先行車両が同一直線の道路を走行している状態を判定する。さらに、光軸ずれ量算出手段７は、任意の走行状態情報（自車両と先行車両が同一直線の道路を走行している状態の時）が得られたとき、先行車両の方位角度を統計処理し光軸ずれ量を算出する。方位角度手段８は、光軸ずれ情報１６と先行車両情報Ａ１３の方位角度から補正した方位角度を算出する（先行車両情報Ｂ１４）。また光軸エラー情報出力手段は、光軸ずれ量（光軸ずれ情報１６）が所定の値を超えた場合、自己診断情報１７を出力する。先行車両情報Ｂ１４及び自己診断情報１７はＡＣＣユニット（ＡＣＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｃｒｕｉｓｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ（車間距離制御））に伝達される。
【００１８】
図２にレーダ装置１を適用したＡＣＣシステムの構成図を示す。自車両２２はレーダ装置１及びＡＣＣユニット２３を搭載する。レーダ装置１は前方にある先行車両２１の車間距離，相対速度、及び方位角度を算出して、先行車両情報Ｂ１４としてＡＣＣユニット２３に伝達する。ＡＣＣユニット２３は先行車両情報からスロットル制御，ＡＴ制御及びブレーキ制御を実行し、先行車両に対して車間距離制御を実行する。
【００１９】
次に本発明の光軸ずれ検知手段の構成について説明する。図３に光軸ずれ角度αの状態でレーダ装置を取り付け、先行車両２１を追従する自車両２２がある。先行車両及び自車両は同一直線上で走行した場合、レーダが検知する方位角度は常に一定の角度（α：左方向をマイナス方向に定義）が得られる。この状態で、方位角度のデータを収集し、平均計算等の統計処理を施すことで、光軸ずれ量αを算出することができる。
【００２０】
次に、先行車両及び自車両は同一直線上を走行していることを判別する手段について説明する。本発明では、以下に示す自車両及び先行車両の走行パターンの条件が成立した場合、自車両と先行車両が同一の直線道路を走行していると判定する。
【００２１】
▲１▼条件１：先行車両との車間距離一定の場合（初期条件）
この状態は自車両及び先行車両がお互いに停止しているか、もしくは車間距離を一定に保ちながら一定速走行をしている状態にある。
【００２２】
▲２▼条件２：条件１が成立した状態から、自車速度が増加し、かつ、先行車両との車間距離が増大する場合。
【００２３】
この状態は、自車両及び先行車両が共に加速状態にある。図３で示す先行車両加速度Ａ＞自車両加速度Ｂの関係が成り立つ。ここで、先行車両加速度Ａは自車両加速度Ｂ及び相対速度の微分を加えることで算出することができる。
【００２４】
通常、車両が加速可能なコース条件は、以下の３パターンである。
【００２５】
（ａ）直線である場合（通常、曲線路では加速しない）。
【００２６】
（ｂ）曲線路から直線に移る場合。
【００２７】
（ｃ）曲線路において、加速できる状態：十分に減速し、曲率一定の曲線路に進入した場合。
【００２８】
（ｄ）曲線路において、加速できる状態：曲線路に進入してから曲線路半径が大きくなり、加速できる場合。
【００２９】
▲３▼条件３：条件１，条件２が成立した状態で、検知した方位角度範囲が一定以内に収束している場合。
【００３０】
ここで、検知した方位角度範囲一定内の範囲は、レーダ装置が求められる要求角度精度である。ことが望ましい。例えば、要求角度精度０．３°　であれば、先行車両及び自車両が同一直線を走行していれば、方位角度のばらつきは±０．３°　以内である。したがって条件３の「検知した方位角度範囲が一定」の範囲は要求角度精度±０．３°　以内と定義できる。
【００３１】
車間距離が増大した場合、上記の（ｂ）は、先行車両の方位角度がレーダの正面方向に移動するため、方位角度が一定にならないので、条件３を満たすことはできない。（ｃ）は、車間距離が大きくなると、方位角度が正面方向から離れて、大きくなるので、同様に条件３を満たすことはできない。
【００３２】
（ｄ）の場合、方位角度が一定になるように、自車両及び先行車両が加速しながら、走行できる走行路としては、図４に示す曲線路半径が大きくなる方向に変化する渦巻き状の曲線路が考えれられる。この渦巻き曲線は３０°，６０°，９０°の角をもつ三角形を組み合わせて６０°になる頂点を結んで描画したものである。直角三角形の斜辺と同じ長さの底辺を持つ直角三角形を隣りに合わせて、徐々に大きな三角形を組み合わせた。隣り同士の三角形の大きさの比は、１：１／ｃｏｓ（３０°）となる。図４のＡ地点に自車両、Ｂ地点に先行車両を配置した場合の自車両から先行車両に対する方位角度と、Ｂ地点に自車両、Ｃ地点に先行車両を配置した場合の方位角度は一致する。つまり、回転半径の中心からみて、３０°に相当する距離を、自車両，先行車両ともに進んだ場合、方位角度が常に一定で、自車両及び先行車両は加速しながら走行することが可能となる。この例では、渦巻き状の曲線路は、回転中心から３０°おきに直角差直角三角形を組み合わせているが、より、小さい角度の直角三角形を組み合わせて、回転半径の変化を緩やかにすることもできる。
【００３３】
現実的に、上記の形状の曲線路は少なく、また自車に対する先行車両の方位角度を一定に保つようにお互いに加速しながら走行するのは困難である。しかしながら、この要素を除外するため以下の条件を加えることにより、直線路走行状態を判定することができる。
【００３４】
図４の渦巻き状の曲線路のＡ地点−Ｂ地点−Ｃ地点−Ｄ地点において自車に対する先行車両の方位角度を一定に保つようにお互いに加速しながら走行するためには、自車両及び先行車両の単位時間あたりの移動距離の比が一致する必要がある。Ａ地点からＢ地点までの移動距離をＸとした場合、次の移動距離（Ｂ地点からＣ地点）の移動距離はＸ／ｃｏｓ（３０°）になる。また次の区間（Ｃ地点からＤ地点）の距離はＸ／（（ｃｏｓ（３０°））^２）となり、隣りの区間の移動距離の比が、１：１／ｃｏｓ（３０°）の関係がある。つまり、下記の（式１）の関係が成り立つ。
【００３５】

ここで、次の条件を加えて、方位角度が一定となる渦巻き曲線路の条件を除外する。
【００３６】
▲４▼条件４：自車両と先行車両の単位時間当たりの移動距離の比が一致しない。したがって、上記の４つの条件が成立した場合は、先行車両及び自車両は互いに同一直線道路を走行していると判断できる。
【００３７】
上記の４つの条件を判別し、光軸ずれ補正に使用する方位角度を算出する処理のフローチャートを図５に示す。この処理は一定周期起動処理である。初めに、処理５００で車間距離を検出する。次に車間距離が一定かどうかを判定する（判定５０１：前述の▲１▼条件１に相当）。この条件が成立した場合は、開始ＦＬＡＧをＯＮにする（処理５０３）。その後一旦、この処理を終了する。次にこの処理が起動されたときに、未だ判定５０１の条件が成立している場合は、開始ＦＬＡＧをＯＮ（処理５０３）にしたまま処理を終了するが、判定５０１が成立しない場合（つまり、自車両もしくは先行車両が動き出したことを意味する）、次の処理５０４を実行する。処理５０４は自車両の移動距離・自車速度・加速度を検出する。ここで、移動距離は自車速度の積分、加速度は自車速度を微分することで求めることができる。判定５０５で自車両が加速しているかどうかを判定する。判定が成立しない場合（先に先行車両が加速し、相対速度が発生したと判断できる）、処理を終了する。判定５０５が成立した場合は、処理５０６で、先行車両の移動距離・車間距離・相対速度・加速度検出する。判定５０７で、先行車両が加速状態かどうかを判定する（判定５０５及び判定５０７が上記▲２▼条件２に相当）。判定が成立した場合、次に、処理５０８により先行車両の方位角度を算出する。判定５０９により、方位角度のばらつきが一定範囲内であれば（上記、▲３▼条件３に相当）、処理５１０において、次の前回と今回の算出された自車両の移動距離の比を計算する。次に、処理５１１において、次の前回と今回の算出された先行車両の移動距離の比を計算する。次に判定５１２において、自車両の移動距離の比と先行車両の移動距離の比の比較を行う。この２つの比が一致していない場合（上記、▲４▼条件４に相当）、自車両及び先行車両が同一の直線道路を走行していると判断できる条件が成立する。そこで、次の処理５１３において、成立ＦＬＡＧ＝ＯＮとする。成立ＦＬＡＧがＯＮであることは、自車両及び先行車両が同一直線道路を走行していることを意味する。判定５０７，５０９，５１２が成立しない場合は、開始ＦＬＡＧ＝０ＦＦ（処理５１４）、及び成立ＦＬＡＧ＝ＯＦＦ（処理５１５）として、処理を終了する。
【００３８】
次に、図６を用いて、光軸ずれ補正に用いる方位角度のデータ収集期間を説明する。先の図５の成立ＦＬＡＧがＯＮになった場合（先行車両及び自車両が直線走行状態）、先行車両の方位角度データ（方位角度α）のモニタを開始する。ここでこの条件が成立開始のＡ秒間及び、不成立になる前のＢ秒間のデータは統計処理に用いるデータとして蓄積しないことにする。成立直後と、不成立直前のデータは採取すべき方位角度一定範囲の上下限に近いデータである可能性が高い。そのため、光軸ずれ量の計算精度が悪くなる。したがって図６の区間Ｃのデータを蓄積して、統計処理に用いる。また、統計処理をするためには十分なデータ数が必要であるため、Ｃ秒以上の蓄積データがない場合は、統計処理を行わないようにする。
【００３９】
図７に以上の処理のフローチャートを示す。判定７０１において、成立ＦＬＡＧ＝ＯＮであるとき、成立時間Ｔのカウントアップを開始する（処理７０３）。ＴがＡ秒を経過した場合（判定７０４）、統計処理に用いる先行車両方位角度データのサンプリングを開始する（処理７０５）。さらに、Ｔ＞（Ａ秒＋Ｂ秒）経過したとき（判定７０６）、ＴからＢ秒さかのぼった地点のサンプリングデータを統計処理に用いるデータとして蓄積を開始する（処理７０７）。判定７０１において、成立ＦＬＡＧ＝ＯＦＦになった場合、統計処理に用いる蓄積データがＣ秒間以上あった場合（判定７０２）、蓄積データの統計処理を実行し光軸ずれ角度の平均値（αａｖｅ　）を算出する（処理７０８）。その後、蓄積データクリア（処理７０９）、成立時間Ｔのゼロクリアを実行する（処理７１０）。判定７０２において、蓄積データが不充分であった場合も、処理７０９及び処理７１０が実行される。
【００４０】
図８において、レーダが予め持つ０°方向の基準に対して、現時点の計測した先行車両方位角度α、上記で求まった光軸ずれ角度量（αａｖｅ　）、及び補正角度β、及び補正後の先行車両方位角度α′の関係を表す。
【００４１】
β＝−１×αａｖｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式２）
α′＝α＋β　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式３）
（式２）において、αａｖｅ　の正負の反転値を補正角度βとし、（式３）において、現在の方位角度αにβを足しこむことにより補正後の先行車両の方位角度α′が求まる。
【００４２】
ここで、この補正角度βが、レーダ装置の計測可能な最大方位角度範囲を逸脱している場合は、補正をかけてもレーダ装置が正常に動作できない可能性があるので、外部ユニット等にエラー情報を伝達する。例えば、ＡＣＣユニットに対して、方位角度範囲±８°のターゲット情報を出力し、内部の計測可能な最大方位角度範囲が±１２°のレーダ装置の場合において、左右に４°のマージン（調整角度の余裕）がある。つまり、レーダの光軸ずれが４°までであれば、上述の光軸ずれ補正手段により角度補正をかけて、方位角度範囲±８°を確保することができるが、これを超えた場合は、仕様未達となる。このような場合は、ＡＣＣユニットに対して、自己診断情報（光軸エラー情報）情報を伝達する。
【００４３】
図９に、上述の角度補正処理及び自己診断処理のフローチャートを示す。補正角度βを算出後（処理９０１）、補正後の先行車両方位角度α′を算出（処理９０２）し、判定９０３により、補正角度βとレーダ装置の光軸調整マージンの比較を行う。角度βが光軸調整マージンを超えた場合は、光軸ずれエラーをセット（処理９０５）する。超えない場合は光軸ずれエラーをクリア（処理９０４）する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ヨーレートセンサや操舵角センサの情報を用いずに、自車両及び先行車両の加速度や単位時間あたりの移動距離の比、及び先行車両の方位角度の情報から自車両及び先行車両が同一直線道路を走行していることを判定し、光軸ずれ角度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーダ装置のブロック図。
【図２】本発明のレーダ装置を搭載したＡＣＣシステムのブロック図。
【図３】光軸ずれ角度と光軸ずれ量を計算する走行状態を示す図。
【図４】光軸ずれ計算において除外すべき走行路形状を示す図。
【図５】光軸ずれ計算を実行する条件のフローチャート図。
【図６】光軸ずれ計算に用いる方位角度データの蓄積時間範囲を示す図。
【図７】光軸ずれ計算のフローチャート図。
【図８】補正角度と先行車両方位角度の関係を示す図。
【図９】光軸ずれエラー判定のフローチャート図。
【符号の説明】
１…レーダ装置、２…レーダモジュール、３…信号処理装置、５…先行車両検知手段、６…走行状態判定手段、７…光軸ずれ量算出手段、９…光軸エラー情報出力手段、１０…車速センサ、１１…中間信号、１２…サンプリング信号、１３…先行車両情報Ａ、１４…先行車両情報Ｂ、１５…走行状態情報、１６…光軸ずれ情報、１７…自己診断情報、１８…車速信号、２１…先行車両、２２…自車両、２３…ＡＣＣユニット。

Claims

自車両の加速度を検知する手段と、その前方にある先行車両の加速度を検知する手段と、前記自車両と前記先行車両との車間距離を検出する手段と、前記自車両と前記先行車両との相対速度を検出する手段と、前記先行車両の方位角度を算出する手段と、単位時間あたりの前記自車両の移動距離の比を計算する手段と、単位時間あたりの前記先行車両の移動距離の比を計算する手段と、前記自車両と前記先行車両の加速度と前記先行車両の方位角度と前記自車両と前記先行車両の移動距離の比の関係から前記自車両と前記先行車両が同一直線道路走行していることを判定する判定手段と、前記判定手段の結果に基づいて光軸ずれ量を算出する手段を備えたことを特徴とするレーダ装置。
前記自車両と前記先行車両との車間距離が一定の状態を、前記判定の開始条件に用いることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記自車両と前記先行車両が加速状態にあり、先行車両の加速度が自車両よりも大きい条件を用いて前記判定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記先行車両の検知する方位角度が任意の一定範囲内にあることを条件に用いて前記判定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記自車両と前記先行車両の単位時間あたりの移動距離の比が一致していないことを条件に用いて前記判定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記自車両と前記先行車両が同一直線道路走行している期間の、初めの任意時間と終りの任意時間を除外した時間に採取した先行車両の方位角度を統計処理し、光軸ずれ量を算出する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記光軸ずれ量算出手段により、算出した光軸ずれ量に応じ、検知した先行車両の方位角度を補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
前記光軸ずれ量算出手段により、算出した光軸ずれ量が所定値以上かどうか判断する手段と、その所定値を超えた場合に外部装置に報知する手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。