JP2004177289A - 物標速度算出装置及びこれを使用する車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、如何なる自車進行方向においても、精度の高い物標速度を算出することができる物標速度算出装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の物標速度算出装置１０は、自車前方の物標の自車に対する相対速度Ｖｒ及び方位θｒをレーダにより計測するレーダ装置１４と、自車の速度Ｖｓを検出する車速センサ２０と、物標の方位θｒに基づいて、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度θを算出すると共に、相対速度Ｖｒ、自車の速度Ｖｓ、及び角度θに基づいて、前記物標の速度ＶｏをＶｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出する演算器１２とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドップラー効果等を利用して検出された物標（例えば、先行車）の相対速度に基づいて、物標の速度を算出する車両用レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自車に対する先行車の距離や速度等をレーダ装置により測定し、当該測定結果に基づいて、所定の車間距離を保って自車を先行車に追従させる車両追従制御システムが広く知られている。このような車両追従制御システムにおいては、追従すべき先行車に対するレーダ装置の検出精度が主な課題であり、従来から、追従すべき先行車を見失うことや先行車を誤認することを防止するための種々の提案がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、近年では、レーダ装置は、衝突を防止するために先行車の速度に基づいて警報等を発令する衝突防止支援システム等においても利用されつつある（例えば、特許文献２）。この衝突防止支援システムは、レーダ装置により計測された相対速度に基づいて先行車の速度及び先行車の減速度を算出し、自車と先行車両が最も接近したときの予測車間距離に基づいて、警報や介入制動等を実行している。この衝突防止支援システムにおいて、先行車の速度は、レーダ装置により計測された先行車の相対速度に自車の速度を加えることにより算出されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６７７３２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６３７９７号公報（第１１頁、段落番号［０１４５］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような中で、近年では、先行車の速度に基づいて車両を制御する車両制御システムの信頼性をより一層高めるべく、より高精度な先行車の速度の検出を可能とする技術の必要性が高まりつつある。特に上述の衝突防止支援システムにおいては、警報のみならずブレーキアシストや介入制動が実行されうるため、利便システムとして位置付けられる車両追従制御システムおける精度以上の高い精度が求められる。
【０００６】
ところで、レーダ装置は、一般的に、車両前方の所定領域を電波により走査し、ドップラー効果等を利用して当該所定領域内の先行車の自車に対する速度（即ち、先行車の相対速度）等を計測している。従って、このとき得られる相対速度は、電波の送信方向の成分（即ち、自車に対する先行車の方向の成分）である。一方、車速センサ等により検出される自車の速度は、自車の進行方向の速度である。このため、上述の従来技術の如く単に自車の速度から計測された相対速度を差し引いて先行車の速度を算出すると、電波の送信方向と自車の進行方向が一致している場合には、先行車の速度を正確に算出できるが、一致していない場合には、算出された先行車の速度の値に誤差が生ずることになる。
【０００７】
そこで、本発明は、如何なる自車進行方向においても、精度の高い物標速度を算出することができる物標速度算出装置、及びこれを使用する車両制御装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、自車前方の物標の自車に対する相対速度及び方位をレーダにより計測する計測手段と、
自車の速度を検出する自車速度検出手段と、
前記計測された物標の方位に基づいて、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度を算出する角度算出手段と、
前記計測された相対速度、前記検出された自車速度、及び前記算出された角度に基づいて、前記物標の速度を算出する物標速度算出手段とを備えることを特徴とする、物標速度算出装置により達成される。
【０００９】
本発明において、計測手段（例えば、レーダ装置）は、ドップラー効果等を利用して、物標の相対速度及び方位を計測する。尚、ここでは、物標の方位は、説明の都合上、車軸を基準とした場合の物標の方位（角度）とする。角度算出手段は、計測手段により計測された物標の方位に基づいて、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度を算出する。例えば、自車が直進している場合には、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度は、計測手段により計測された物標の方位に相当する。本発明では、物標速度算出手段は、計測手段により計測された物標の相対速度及び自車速度に基づいて当該物標の速度を算出する際、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度を加味する。従って、本発明によれば、物標の方位の如何にかかわらず、精度の高い物標速度を算出することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載する如く、前記角度算出手段が、旋回時の自車の進行方向と、前記物標の方向とのなす角度を算出する場合には、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度の如何にかかわらず、精度の高い物標速度を算出することができる。特に、車両が旋回している場合には、自車の進行方向と物標の方向とのなす角度には、物標の方位のみならず自車の進行方向と車軸のなす角度が含まれる。従って、旋回時の自車の進行方向と、前記物標の方向とのなす角度を加味して物標速度を算出することにより、物標速度の算出精度を更に高めることが可能となる。
【００１１】
また、角度算出手段は、好ましくは、請求項３乃至５に記載する如く、計測された物標の方位と共に、検出された転舵角若しくはヨーレート又は車幅方向の加速度に基づいて、自車の進行方向と物標の方向とのなす角度を算出する。特に車両が旋回している場合、自車の進行方向と車軸のなす角度は、車輪の転舵角若しくはヨーレート又は車幅方向の加速度に基づいて算出することができる。この場合、角度算出手段は、好ましくは、請求項６又は７に記載する如く、検出された自車速度及び車幅方向の加速度の大きさに応じて、これらの検出値のうちから角度算出に用いるべき検出値を１つ選択する。例えば、自車速度が比較的小さい場合には、角度算出手段は、ヨーレートが検出し難いことを考慮して、転舵角の検出値を用いて角度算出を行う。或いは、車幅方向の加速度が異常に大きい場合には、角度算出手段は、当該加速度の影響を考慮して、当該加速度の検出値を用いて角度算出を行う。従って、本発明によれば、如何なる車両の走行状態においても、精度の高い物標速度を算出することができる。
【００１２】
また、本発明による物標速度算出装置は、物標速度に基づいて車両の制御を行う車両制御装置に好適である。この車両制御装置は、例えば、所定の車間距離を保って自車を先行車（物標）に追従させる車両追従制御装置や、車両前方の物標との衝突を防止するために運転者に警告等を行う衝突防止支援装置であってよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である物標速度算出装置のシステム構成図である。本実施例の物標速度算出装置１０は、後述する如く、車両前方に存在する物標（例えば、先行車や障害物）の速度を高精度に算出することができる。本実施例の物標速度算出装置１０は、物標の速度に基づいて車両制御を行うあらゆる車両制御システム（例えば、衝突防止支援システム、車両追従制御システム）に適用可能である。
【００１４】
図１に示すように、物標速度算出装置１０は、演算器１２を備えている。演算器１２は、図示しないバスを介して互いに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータとして構成されている。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムや、物標速度算出装置１０を搭載する車両の所定の諸元値（ホイールベース長Ｌ、オーバーオールギア比η等）が格納されている。尚、本実施例の演算器１２の機能は、例えば車両追従制御システムにおいて、車間制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）により実現されてよいことは勿論である。
【００１５】
演算器１２には、レーダ装置１４が接続されている。レーダ装置１４は、図示を省略するが、車両前方の所定領域に向けてミリ波帯の電波を放射する送信部と、車両前方の物標からの反射波を受信する受信部とを備え、車両前方を監視するように例えば車両のフロントグリル付近に配設されている。
【００１６】
レーダ装置１４は、所定の周期（例えば、０．１ｓ）ごとに車両前方の所定領域を電波で１次元的又は２次元的に走査し、当該所定領域内の物標からの反射波等に基づいて、自車に対する物標の相対速度Ｖｒ、物標方位θｒ、自車と物標との間の距離等を計測している。ここで、物標方位θｒとは、自車に対する物標の方位（即ち、当該物標を検知した際の電波の発射角度）であり、例えば車両前後方向の車軸を基準とした場合、レーダ装置１４の物標検知方向と車軸とのなす鋭角θｒで表わされる（図２参照）。レーダ装置１４は、計測した相対速度Ｖｒ等を演算器１２に対して供給する。なお、レーダ装置１４は、ミリ波等の電波に代わって、レーザーや超音波を使用して相対速度Ｖｒや物標方位θｒ等を計測するものであってよい。
【００１７】
演算器１２には、また、ステアリングホイール（図示せず）の舵角Ｈａを検出する舵角センサ１６が接続されている。演算器１２には、また、車両のヨー方向の角速度（ヨーレートφ）を検出するヨーレートセンサ１８が接続されている。舵角センサ１６及びヨーレートセンサ１８の出力信号は、演算器１２に対して供給される。
【００１８】
演算器１２には、また、自車の速度Ｖｓを検出する車速センサ２０が接続されている。車速センサ２０の出力信号は、同様に、演算器１２に対して供給される。なお、車速センサ１６は、各車輪に配設された車輪速センサであってよい。また、演算器１２には、車両に生ずる車幅方向の加速度を検出する加速度センサ２２が接続されている。演算器１２は、加速度センサ２２の出力信号に基づいて、車両の重心位置に作用する車幅方向の加速度Ｇｙ（以下、「横加速度Ｇｙ」という）を検出する。
【００１９】
次に、図２を参照して、演算器１２が実行する処理の内容を説明する。図２は、物標速度の算出手法を説明するための説明図であり、旋回時の車両と物標との関係を車両２輪モデルで示している。本実施例の演算器１２は、以下に詳説する算出手法により、上述の如く得られた各情報に基づいて、物標速度Ｖｏを高精度に算出することを可能とする。
【００２０】
図２には、レーダ装置１４により相対速度Ｖｒ及び物標方位θｒが計測される物標が示されている。レーダ装置１４により計測される相対速度Ｖｒの値は、図２示す物標方向の成分である。尚、相対速度Ｖｒは、自車と物標が接近する状態の場合に正の値となる。ここで、物標方向とは、レーダ装置１４の物標検知方向（即ち、物標を検知した際の電波の発射方向）である。従って、自車の進行方向が物標方向に一致している場合には、物標速度Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｓ（自車の速度）−Ｖｒにより算出される。また、自車の進行方向と物標方向とのなす角度θがθｒの場合（即ち、図中において自車が直進している場合）には、物標速度Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓθｒ−Ｖｒにより算出される。即ち、舵角センサ１６により検出された舵角Ｈａがゼロの場合には、物標速度Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓθｒ−Ｖｒにより算出される。
【００２１】
一方、自車の進行方向が物標方向に対して角度θ＝θｒ＋θｓをなす場合（即ち、図示のように自車が旋回している場合）には、物標速度Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出される。即ち、本実施例では、物標速度Ｖｏは、自車進行方向と車軸のなす角度θｓ（以下、「補正角θｓ」ともいう）を加味して、Ｖｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出される。
【００２２】
ところで、上述の補正角θｓ又は物標方位θｒを加味することなく物標速度Ｖｏを算出した場合には、算出される物標速度Ｖｏ’の値に誤差が発生することになる。例えば、上述の補正角θｓを加味することなく物標速度を算出した場合、即ち、物標速度がＶｏ’＝Ｖｓ・ｃｏｓθｒ−Ｖｒにより算出される場合には、算出される物標速度Ｖｏ’の値に、ε＝｜Ｖｏ−Ｖｏ’｜／｜Ｖｏ｜＝Ｖｓ・［ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）―ｃｏｓθｒ］／｜Ｖｏ｜なる誤差が生ずる。この誤差は、特に自車進行方向と車軸のなす角度θｓが大きい場合（例えば、自車が急カーブ等を旋回している場合）に、車両制御システムの精度に無視できない影響を与えることになる。従って、車両前方の物標の速度に基づいて各種制御を行う車両制御システムにおいては、制御の信頼性を高める観点からかかる誤差は排除されるべきである。また、特に車両前方の広角なレーダ検知範囲が必要とされる衝突防止支援システム等においては、広角なレーダ検知範囲で物標が認識されるので、自車進行方向と車軸のなす角度θｓ及び物標方位θｒが比較的大きくなる場合があり、上述の誤差の影響が大きくなりうる。
【００２３】
これに対して、本実施例によれば、上述の如く、自車進行方向と車軸のなす角度θｓ及び物標方位θｒを加味して物標速度Ｖｏを算出するので、算出された物標速度Ｖｏに、車両の旋回に起因した上述の誤差が生ずることがない。従って、本実施例によれば、如何なる自車進行方向においても、精度の高い物標速度を算出することができる。この結果、本実施例の物標速度算出装置１０が車両制御システムに適用された場合には、当該車両制御システムの信頼性を更に高めることができる。
【００２４】
次に、図２の参照を続けて、演算器１２が実行する処理の内容を更に説明する。上述の如く、本実施例の物標速度算出装置１０は、レーダ装置１４により計測された相対速度Ｖｒ及び物標方位θｒ、車速センサ２０により検出された自車の速度Ｖｓに基づいて、物標速度ＶｏをＶｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出する。本実施例では、物標速度Ｖｏを算出するための残りのパラメータθｓ（補正角θｓ）を、以下で説明する方法により導出する。
【００２５】
＜低速走行時の場合＞
低速走行時（例えば、１０ｋｍ／ｈ以下）において、補正角θｓは、舵角センサ１６により検出された舵角Ｈａを用いて、θｓ＝Ｈａ／ηにより算出される。ここで、ηは、本実施例の物標速度算出装置１０を搭載する車両のオーバーオールギア比（車輪の転舵角に対する舵角Ｈａの比）であり、演算器１２のＲＯＭに予め格納されている。
【００２６】
＜中速走行時及び高速走行時の場合＞
中速走行時及び高速走行時（例えば、１０ｋｍ／ｈ以上）において、補正角θｓは、車速センサ２０により検出された自車の速度Ｖｓ及びヨーレートセンサ１８により検出されたヨーレートφを用いて、θｓ≒Ｌ・φ／Ｖｓにより算出される。尚、この算出式は、θｓ≒Ｌ／Ｒであり、Ｒ≒Ｖｓ／φであることに基づく。ここで、Ｌは、図２に示すように、本実施例の物標速度算出装置１０を搭載する車両のホールベース長であり、演算器１２のＲＯＭに予め格納されている。また、Ｒは、図２に示すように、旋回時の旋回半径であり、その大きさは、車両が走行するカーブの曲率の大きさに依存する。
【００２７】
＜中速走行時及び高速走行時で且つ横加速度Ｇｙが大きい場合＞
中速走行時及び高速走行時（例えば、１０ｋｍ／ｈ以上）で横加速度Ｇｙが大きい場合（例えば、０．２Ｇ以上（Ｇは重力加速度））、補正角θｓは、車速センサ２０により検出された自車の速度Ｖｓ及び加速度センサ２２により検出された横加速度Ｇｙを用いて、θｓ≒Ｌ・Ｇｙ／Ｖｓ^２により算出される。尚、この算出式は、θｓ≒Ｌ／Ｒであり、Ｒ＝Ｖｓ^２／Ｇｙであることに基づく。
【００２８】
本実施例の物標速度算出装置１０は、以上のように車両の走行状態に応じて算出された補正角θｓに基づいて、物標速度ＶｏをＶｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出する。ところで、車両が低速で旋回している場合、現状のヨーレートセンサの能力から補正角θｓを正確に算出することが困難な場合がある（即ち、正確なヨーレートが検出され難い）。また、車両に車幅方向に大きな横加速度（遠心力）が作用した場合、当該横加速度に起因して補正角θｓを正確に算出することができない場合がある。
【００２９】
これに対して、本実施例によれば、上述の如く、車両の走行状態に応じて物標速度Ｖｏを算出するので、補正角θｓを常に正確に算出することができる。この結果、本実施例によれば、如何なる車両の走行状態においても、精度の高い物標速度を算出することができる。
【００３０】
尚、上記実施例においては、特許請求の範囲に記載の「物標速度算出手段」が、演算器１２が物標速度ＶｏをＶｏ＝Ｖｓ・ｃｏｓ（θｒ＋θｓ）−Ｖｒにより算出することにより実現され、特許請求の範囲に記載の「自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度」は、θ＝θｒ＋θｓに相当する。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３２】
例えば、上述の実施例において、物標方位θｒは、レーダ装置１４により測定されているが、本発明はこれに限定されることはなく、物標方位θｒは、ステレオ式画像認識手法を用いて計測されてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。即ち、本発明によれば、レーダ装置により計測された物標の相対速度及び車速センサにより検出された自車速度に基づいて物標速度を算出する際、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度を加味することで、精度の高い物標速度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である物標速度算出装置のシステム構成図である。
【図２】物標速度算出装置による物標速度の算出手法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０ 物標速度算出装置
１２ 演算器
１４ レーダ装置
１６ 舵角センサ
１８ ヨーレートセンサ
２０ 車速センサ
２２ 加速度センサ

Claims (8)

1. 自車前方の物標の自車に対する相対速度及び方位をレーダにより計測する計測手段と、
   自車の速度を検出する自車速度検出手段と、
   前記計測された物標の方位に基づいて、自車の進行方向と前記物標の方向とのなす角度を算出する角度算出手段と、
   前記計測された相対速度、前記検出された自車速度、及び前記算出された角度に基づいて、前記物標の速度を算出する物標速度算出手段とを備えることを特徴とする、物標速度算出装置。
2. 前記角度算出手段が、旋回時の自車の進行方向と、前記物標の方向とのなす角度を算出することを特徴とする、請求項１記載の物標速度算出装置。
3. 車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段を更に備え、
   前記角度算出手段が、前記検出された転舵角に基づいて、前記角度を算出することを特徴とする、請求項１又は２記載の物標速度算出装置。
4. 旋回時のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を更に備え、
   前記角度算出手段が、前記検出されたヨーレートに基づいて、前記角度を算出することを特徴とする、請求項２記載の物標速度算出装置。
5. 旋回時に車両に作用する車幅方向の加速度を検出する横加速度検出手段を更に備え、
   前記角度算出手段が、前記検出された車幅方向の加速度に基づいて、前記角度を算出することを特徴とする、請求項２記載の物標速度算出装置。
6. 車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
   旋回時のヨーレートを検出するヨーレート検出手段とを更に備え、
   前記角度算出手段が、前記検出された自車速度の大きさに応じて、選択的に前記検出された転舵角又はヨーレートに基づいて、前記角度を算出すること特徴とする、請求項２記載の物標速度算出装置。
7. 車輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
   旋回時のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
   旋回時に車両に作用する車幅方向の加速度を検出する横加速度検出手段を更に備え、
   前記角度算出手段が、前記検出された自車速度及び車幅方向の加速度の大きさに応じて、選択的に前記検出された転舵角若しくはヨーレート又は車幅方向の加速度に基づいて、前記角度を算出すること特徴とする、請求項２記載の物標速度算出装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の物標速度算出装置を備え、前記物標速度算出装置が算出した物標速度に基づいて車両の制御を行うことを特徴とする、車両制御装置。

Images