JP2007248257A - 車両用路上障害物検出装置、路上障害物検出方法および路上障害物検出装置付き車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザレーダの前方注視点距離が遠い場合であっても、障害物の路面からの高さをより正確に計測できる車両用路上障害物検出装置を提供すること。
【解決手段】 車両に設けられ、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させて、レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダ１と、照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波からレーザレーダと障害物との距離を検出し、レーザレーダと障害物との距離と、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第１高さ演算部５ｆと、レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出し、障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第２高さ演算部５ｇと、障害物の路面からの高さ演算を、第１高さ演算部５ｆと、第２高さ演算部５ｇとに切替える切替え部５eとを設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、路面上の障害物を検出する車両用路上障害物検出装置、路上障害物検出方法および路上障害物検出装置付き車両に関する。

この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、車体に備えたレーザレーダから線上のレーザ光を同一平面で左右にスキャンして、検出した障害物とレーザレーダとの距離と、レーザ光の俯角と、スキャン角度とから障害物の路面からの高さを計測しているものが開示されている。
特開２００５−１２８７２２号公報

障害物を検出し、障害物の高さに応じて車両を制御する場合、制御の処理時間やアクチュエータの作動時間を要するので、レーザレーダの前方注視点距離を制御の処理時間やアクチュエータの作動時間を考慮した距離に設定しなければならない。つまり、車速が遅い場合には前方中心点距離を近く設定し、車速が速い場合には前方注視点距離を遠くに設定する。しかしながら、レーザレーダが俯角をもって路面にレーザ光を照射する場合、前方注視点距離が遠くなるほど路面上に照射されるレーザ光の投光スポットは照射方向に大きくなってしまう。このため、計測した障害物とレーザレーダとの距離の誤差が大きくなってしまい、計測した障害物の路面からの高さも誤差が大きくなってしまう虞があった。

本発明に上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、レーザレーダの前方注視点距離が遠い場合であっても、障害物の路面からの高さをより正確に計測できる車両用路上障害物検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用路上障害物検出装置、路上障害物検出方法および路上障害物検出装置付き車両では、車両に設けられ路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させてレーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダと、照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波からレーザレーダと障害物との距離を検出する距離検出手段と、レーザレーダと障害物との距離と路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから障害物の路面からの高さを演算する第１の高さ演算手段と、レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出する長さ検出手段と、障害物の影の長さと路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから障害物の路面からの高さを演算する第２の高さ演算手段と、前方注視点距離に応じて、第１の高さ演算手段と第２の高さ演算手段とに切替える切替え手段と、を設けた。

よって本発明の乗員姿勢装置にあっては、レーザレーダの前方注視点距離が遠い場合であっても、障害物の路面からの高さをより正確に計測できる。

以下、本発明の車両用路上障害物検出装置を実現する最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

図１は、本発明の車両用路上障害物検出装置を搭載した車両の全体システム図である。

車両用路上障害物検出装置には入力装置として、路面上にレーザ光を照射するレーザレーダ１と、車輪速を検出する車輪速センサ２と、ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサ３と、車体姿勢を検出する慣性航法装置４が備えられる。また、これらの入力装置の情報を入力し演算するコントローラ５と、このコントローラ５により制御される出力装置として、レーザレーダ１のレーザ光照射俯角を変更する俯角アクチュエータ６と、ブレーキを作動させるブレーキアクチュエータ７と、操舵輪を操舵する操舵アクチュエータ８が備えられる。

図２はレーザレーダ１による路面の形状取得を行う様子を示す図である。レーザレーダ１は、車体９の上部に設けられ、図２に示すように車両前方の路面上にレーザ光を照射し、このレーザ光を左右に走査するとともに、路面からの反射波を受信する。

車輪速センサ２は、従動輪側の車輪回転数から車速を求める。

操舵角センサ３は、ドライバによって入力された操舵量を検出する。

慣性航法装置４は、内部に加速度センサやジャイロを有し、車体の角速度を演算して車体姿勢を演算する。

俯角アクチュエータ６は、レーザレーダ１のレーザ光照射角度を調節するアクチュエータで、このレーザ光照射角度の調節により、路面へのレーザ光照射位置を調節する。

ブレーキアクチュエータ７は、ドライバのブレーキ操作に関わらず、車両の各車輪に独立に制動力を作動させる。

操舵アクチュエータ８は、ドライバのステアリング操舵に関わらず、車両の操舵輪を操舵させる。

図３は、本発明の車両用路上障害物検出装置の制御ブロック図である。

車体挙動演算部５ａは、車輪速センサ２から車輪速情報と、操舵角センサ３から操舵角情報と、慣性航法装置４から車体姿勢情報を入力し車体挙動を演算する。ここで、車体挙動とは、車両の速度や路面に対する車体の姿勢等を示す。

前方注視点距離演算部５ｂは、車体挙動演算部５ａから車両挙動情報を入力し、レーザレーダ１から路面にレーザ光を照射する位置までの距離である前方注視点距離を演算する。この前方注視点距離は車速に応じて調節し、車速が遅い場合には前方注視点距離を近くに設定し、車速が速い場合には前方注視点距離を遠くに設定する。

俯角アクチュエータ制御部５ｃは、前方注視点距離演算部５ｂで演算した前方注視点距離情報を入力し、レーザ光を前方注視点距離における路面上に照射するように俯角アクチュエータ６を制御する。この俯角アクチュエータ制御部５ｃでは、加減速や登降坂路による車体の姿勢によらず、車速に応じた前方注視点距離においてレーザ光が路面を照射できるように、俯角アクチュエータ６を制御する。

高さ演算部５ｄは、切替え部５ｅ、第１高さ演算部５ｆ、第２高さ演算部５ｇから構成され、レーザレーダ１が受信したレーザ光の反射波情報を元に、路面高さ（現在の車両接地位置に対する高さ）を演算する。

切替え部（切替え手段）５ｄは、前方注視点距離演算部５ｂで演算した前方注視点距離が設定値未満の場合には、後述する第１高さ演算部５ｆによって路面高さを演算させ、前方注視点距離が設定値以上の場合には、後述する第２高さ演算部５ｆによって路面高さの演算を行う。前方注視点距離の設定値は、第１高さ演算部５ｅと第２高さ演算部５ｆの前方注視点距離に応じた誤差によって設定するものとし、後で詳述する。

第１高さ演算部５ｅは、レーザレーダ１により照射したレーザ光から、レーザレーダ１とレーザ光が照射されている領域との距離を求め、この距離から路面高さを演算する。なお、この第１高さ演算部５ｅは、本発明の距離算出手段および第１の高さ算出手段に相当する。

第２高さ演算部５ｄは、レーダレーダ１により照射したレーザ光から路面の高さデータを取得し、路面の高さデータの取得できなかった領域（障害物等の影）から路面高さを演算する。なお、この第２高さ演算部５ｄは、本発明の長さ検出手段および第２の高さ算出手段に相当する。

道路形状・障害物演算部５ｈは、高さ演算部５ｈにおいて演算した路面高さ情報を入力して、道路形状や障害物の高さおよび位置を演算する。

経路演算部５ｉは、道路形状・障害物演算部５ｈによって演算した道路形状や障害物の高さおよび位置の情報に基づいて、車両走行に適した経路を演算する。

制動・操舵アクチュエータ制御部５ｊは、経路演算部５ｉによって演算した道路形状や障害物の高さおよび位置情報に基づいて、ブレーキアクチュエータ７や操舵アクチュエータ８に制御信号を出力する。

次に作用について説明する。

［路上障害物検出処理］
図４は、コントローラ５において行われる処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、車体挙動演算部５ａにおいて車輪速情報、操舵角情報、車両姿勢情報から車体挙動を演算し、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２では、前方注視点距離演算部５ｂにおいてステップＳ１で演算した車体挙動情報からレーザレーダ１がレーザ光を照射する前方注視点距離を演算し、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２で演算した前方注視点距離情報から俯角アクチュエータ６の制御信号を演算し、演算した制御信号を俯角アクチュエータ６に出力して、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、切替え部５ｅにおいて、ステップＳ２で演算した前方注視点距離が設定値未満である場合にはステップＳ５へ移行し、前方注視点距離が設定値以上である場合にはステップＳ６へ移行する。なお、前方注視点距離は車速に応じて可変にするように制御するので、車速に対して設定値を設けて判断するようにしても良い。

ステップＳ５では、第１高さ演算部５ｆにおいて、レーザレーダ１とレーザ光が照射されている領域との距離を求め、この距離から路面高さを演算し、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ６では、第２高さ演算部５ｇにおいて、レーダレーダ１により照射したレーザ光から路面の高さデータを取得し、路面の高さデータの取得できなかった領域（障害物等の影）から路面高さを演算し、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７では、道路形状・障害物演算部５ｈにおいて、ステップＳ５またはステップＳ６において演算した路面高さ情報から、道路形状や障害物の高さおよび位置を演算し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、経路演算部５ｉにおいて、ステップＳ７で演算した道路形状や障害物の高さおよび位置の情報に基づいて、車両走行に適した経路を演算し、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、制動・操舵アクチュエータ制御部５ｊにおいて、ステップＳ８で演算した経路情報に基づいて、ブレーキアクチュエータ７および操舵アクチュエータ８を制御する。

［路上障害物検出動作］
前方注視点距離が設定値未満の場合には、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ENDと進む。

一方、前方注視点距離が設定値以上の場合には、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９→ENDと進む。

本実施例の車両用路上障害物検出装置は、道路形状や路面上の障害物に応じて車両を制御するようなシステムに用いられる。車両の制御を行うためには、制御の処理時間やアクチュエータの作動時間を要する。そこで本実施例ではステップＳ２において、車速と、制御の処理時間やアクチュエータの作動時間を考慮した設定時間とから前方注視点距離を演算し、車速に比例して前方注視点を設定するようにする。例えば、40[km/h]のとき前方注視点距離を20[m]とすると、80[km/h]のときには前方注視点距離を40[m]に設定する。

また、車速が大きくなり前方注視点距離が遠くなるほどレーザレーダ１とレーザ光が照射されている領域との距離を演算した際の誤差が大きくなってしまう。そこで、本実施例では前方注視点距離が設定値未満の場合には、ステップＳ５においてレーザレーダ１とレーザ光が照射されている領域との距離を求め、この距離から路面高さを演算する。また、前方注視点距離が設定値以上の場合には、ステップＳ６において、レーダレーダ１により照射したレーザ光から路面の高さデータを取得し、路面の高さデータの取得できなかった領域（障害物等の影）から路面高さを演算する。

［路上障害物検出作用］
（第１高さ演算）
次に、レーザレーダ１とレーザ光が照射されている領域との距離を求め、この距離から路面高さを演算する方法について述べる。本実施例では、この方法による計測を第１高さ演算と称する。

図５は第１高さ演算について説明する図であり、（ａ）は側面から見た様子を示し、（ｂ）は上方から見た様子を示す。

図５（ａ）に示すように、車体９の上部の高さＨに設けられたレーザレーダ１からレーザ光２０が路面１１に対して俯角ηの角度をなして照射される。このときは距離Ｎとなり、レーザレーダ１から前方注視点距離Ｎだけ離れた位置の路面１１上（前方注視点１２）にレーザ光が照射される。また、図５（ｂ）に示すように、レーザ光２０は路面１１上を左右に走査するようにレーザレーダ１から照射される。そのため、路面上に照射されるレーザ光の前方注視点１２は円弧状の軌跡を描く。

例えば、車両の前後方向の中心軸に対して左に角度θずれた方向の路面上に障害物１０があったとする。この場合、レーザレーダ１が走査角度θ方向にレーザ光２０を走査したときにはレーザ光２０は、路面上の前方注視点１２に照射されずに障害物１０の側面の照射点１３に照射される。

図６は、障害物１０にレーザ光が照射された照射点１３の位置を演算する方法について説明する模式図である。ｘ軸は車両前後方向、y軸は車幅方向、z軸は車両上下方向を示し、図５中に示す各軸方向と同一の方向を示す。

レーザレーダ１がレーザ光２０を照射してから、このレーザ光２０が障害物１０の照射点１３において反射してレーザレーダ１で反射波を受信するまでの時間（タイム・オブ・フライト）から、レーザレーダ１と障害物１０の照射点１３までの距離Lが演算される。レーザ光２０が障害物１０の照射点１３において反射してレーザレーダ１で反射波を受信するまでの時間をt、光速をcとすると、レーザレーダ１と障害物１０の照射点１３までの距離Lは次の式で表される。
L = c・t … （１）
レーザレーダ１は、路面から高さHの位置に設けられる。よって、照射点１３の路面からの高さZは、次の式によって求められる。
Z=H-L・cosθ・sinη

レーザレーダ１がレーザ光を照射する俯角ηも一定であれば、車両の進行とともに障害物１０の照射点１３は上昇していくことになる。よって、車両が進みながら路面をレーザ光が走査していくことで、障害物１０の最上部の高さを測定することができる。

（第２高さ演算）
次に、レーダレーダ１により照射したレーザ光から路面の高さデータを取得し、路面の高さデータの取得できなかった領域（障害物等の影）から路面高さを演算する方法について述べる。本実施例ではこの方法を第２高さ演算と称する。

図７は第２高さ演算について説明する図であり、（ａ）は側面から見た様子を示し、（ｂ）は上方から見た様子を示す。また、図７では時間経過も示すために、時間ta〜時間tgのレーザレーダ１の位置およびレーザ光２０の前方注視点１２を時間毎に示している。

時間taおよび時間tbでは、レーザ光２０は障害物１０に照射されず、路面１１を照射している。一方、時間tcから時間teでは、レーザ光２０は障害物１０に照射されているので、時間tcから時間teに照射されたレーザ光２０の一部は路面１１に照射されないこととなる。さらに時間が経過して時間tfおよび時間tgでは、レーザ光２０は障害物１０の上方を通過して路面１１を照射することとなるので、障害物１０には照射されない。

障害物１０に照射されたレーザ光２０は、障害物１０の表面で反射されるので、障害物１０に後方の路面高さ情報は取得できない領域ができる。この領域は図７（ａ）および（ｂ）に斜線を施した部分に相当し、本実施例では影１４と称する。本実施例ではこの影１４の長さLsをデータ処理によって求める。

図８は、障害物１０の路面からの高さZhを演算する方法について説明する模式図である。レーザレーダ１がレーザ光２０を照射する俯角は角度ηであるので、影１４の長さがLsの場合には障害物の高さZhは、次の式により求められる。
Zh = Ls・tanη

ところで、第１高さ演算および第２高さ演算による路面高さの演算においては、誤差が生じてしまうことがある。誤差の原因は様々あるが、次では第１高さ演算および第２高さ演算それぞれに特有の原因について述べる。

（第１高さ演算の誤差）
第１高さ演算では、レーザレーダ１のレーザ光２０が照射されている領域（以下、この領域のことをスポット１５と称する）において、異なる高さ方向の形状が含まれると誤差が生じる。スポット１５は、レーザレーダ１がレーザ光２０を照射する俯角ηが小さくなるに伴って大きくなるので、スポット１５内に異なる高さ形状が含まれる可能性が高くなる。つまり、本実施例では車速が大きくなるほど前方注視点距離を遠くに設定するために、俯角ηを小さくしているので、車速が大きくなるほど第１高さ演算による高さ演算の誤差は大きくなる。

以下、図９および図１０を用いて、第１高さ演算による高さ演算の誤差について説明する。

図５や図７では、図や説明の簡単のためレーザ光２０は光軸２１に対して平行に照射され、障害物１０や路面１１にレーザ光２０が照射された部分は点状になっているものとして記述を行った。しかしながら、実際にはレーザレーダ１から照射されたレーザ光２０は、光軸２１に対して若干の広がりを有する。よって、障害物１０や路面１１にレーザ光２０が照射された部分は面状になる。そのため、レーザ光２０の照射俯角ηが小さいほど前後方向に伸びた円状になる。

レーザ光２０の照射俯角がη1，η2（η1>η2）の場合のそれぞれの反射波について考察する。

図９は、レーザレーダ１からレーザ光２０を路面１１に照射したときの図である。図９（ａ）はレーザ光２０の照射俯角がη1のとき、図９（ｂ）は照射俯角がη2のときを示す。また、図９（ｃ）はレーザレーダ１がレーザ光２０を照射したときの照射波形２３と、照射俯角η1，η2の場合の路面１１からの反射波２４，２５の波形を示す。なお、図９（ｃ）は、横軸をレーザレーダ１からレーザ光２０を送信したときを基準とした時間としてとっているが、図９（ａ）および図９（ｂ）における反射位置と並べて記載するために、正確な時間関係を示したものではない。

図９（ｃ）の反射波２４および反射波２５のピークは、時間t1軸および時間t2軸上に存在している。この時間t1および時間t2は、それぞれレーザレーダ１と前方注視点１２との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間である。すなわち、図９のように路面１１のみにスポット１５が照射されている場合には、反射波のピークの時間位置を検出し、前述の式（１）を用いればレーザレーダ１と路面１１上の前方注視点１２との距離が算出される。

路面１１のみにスポット１５が照射されている場合、レーザ光２０の照射俯角ηが小さくなるほど、スポット１５の形状は前後方向に伸びた形状になる。ところで、照射されるレーザ光２０の強度は、照射俯角ηに関わらず前方注視点１２付近が最も大きく、前方注視点１２から離れるほど小さくなる。そのため、路面１１のみにスポット１５が照射されている場合には、レーザ光２０の照射俯角ηに関わらず、反射波のピークは、レーザレーダ１と前方注視点１２との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間上に存在することになる。

すなわち、スポット１５内の高さ方向の形状が等しい路面１１（高さ方向の形状が等しいければ障害物１０でも良い）を照射している場合には、レーザ光２０の照射俯角ηに関わらず、レーザレーダ１がレーザ光２０を送信してから反射波を受信するまでの時間を正確に求めることが可能となる。よって、レーザレーダ１と路面１１（または障害物１０）との距離を正確に求められるので、この距離から路面１１（または障害物１０）の高さを正確に求めることができる。

図１０は、レーザレーダ１からレーザ光２０を障害物１０に照射したときの図である。図１０（ａ）はレーザ光２０の照射俯角がη1のとき、図１０（ｂ）は照射俯角がη2のときを示す。また、図１０（ｃ）はレーザレーダ１がレーザ光２０を照射したときの照射波形２３と、照射俯角η1，η2の場合の障害物１０からの反射波２４，２５の波形を示す。なお、図１０（ｃ）は、横軸をレーザレーダ１からレーザ光２０を送信したときを基準とした時間としてとっているが、図１０（ａ）および図１０（ｂ）における反射位置と並べて記載するために、正確な時間関係を示したものではない。

図１０（ｃ）の反射波２６および反射波２７のピークは、時間t3軸および時間t5軸上に存在している。時間t3は、レーザレーダ１と照射点１３との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間である。しかし、時間t5は、レーザレーダ１と照射点１３との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間t4よりも短くなっている。すなわち、図１０（ａ）の場合には、反射波のピークの時間t3の位置を検出し、前述の式（１）を用いればレーザレーダ１と障害物１０上の照射点１３との距離が算出される。一方、図１０（ｂ）の場合には、反射波のピークの時間t5の位置を検出し、前述の式（１）を用いてもレーザレーダ１と障害物１０上の照射点１３との距離が算出されない。

上記の理由について、図１０（ａ）に示す場合と図１０（ｂ）に示す場合とに分けて説明する。

図１０（ａ）に示すように、レーザ光２０の照射俯角ηが大きく、障害物１０に対してスポット１５が小さい場合、レーザ光２０は障害物１０の側面のみに照射される。この場合、スポット１５は異なる高さ方向の形状を照射しているものの、障害物１０の側面に照射されるレーザ光２０の強度は、照射点１３付近が最も大きく、照射点１３から離れるほど小さくなるので、照射点１３からの反射波強度が最も大きくなる。

そのため、反射波２６のピークは、レーザレーダ１と照射点１３との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間t3軸上に存在する。

一方、図１０（ｂ）に示すように、レーザ光２０の照射俯角ηが小さく、障害物１０に対してスポット１５が大きい場合には、レーザ光２０は障害物１０の側面と路面１１とに照射されてしまう。障害物１０の側面は路面１１に対して角度を有して立った状態なので、障害物１０側面のスポット１５は、レーザ光２０の照射俯角η２より照射俯角ηで路面１１に照射した場合と同じような形状となる。つまり、障害物１０側面上のスポット１５は、路面１１上のスポット１５よりも面積が小さくなる。

反射波２７は、図１０（ｃ）に点線で示すように、障害物１０からは反射波２７ａ、路面１１からは反射波２７ｂに分解できる。障害物１０側面上のスポット１５は、路面１１上のスポット１５よりも面積が小さくなるので、反射波２７は路面１１からの反射波２７ｂの影響を受けて、レーザレーダ１と照射点１３との距離をレーザ光２０が往復するために必要な時間t4よりも手前の時間である時間t5軸上にピークが存在する。

上記より、車速が速くなるに伴い前方注視点距離が遠くに設定されるほど、スポット１５が前後方向に伸びた形状となり面積が大きくなるので、第１高さ演算による路面高さ演算の誤差は大きくなる。
（第２高さ演算の誤差）

第２高さ演算による高さ演算の分解能は、隣り合うレーザ光２０の高さの間隔である高さ走査間隔Dによって決まる。例えば、この高さ走査間隔Dが1[cm]である場合の高さ演算の結果が10[cm]であれば、実際の高さは9[cm]〜11[cm]の間であることになる。つまり、誤差は±1[cm]となる。

高さ走査間隔Dは、レーザ光２０の車両進行方向の走査間隔Gと、照射俯角ηによって生じる。

まず、図１１を用いてレーザ光２０の走査間隔による誤差の発生について述べる。

図１１（ａ）と図１１（ｂ）は、レーザ光２０の照射俯角ηは等しいものの、車速が異なり、例えば図１１（ａ）では40[km/h]であり、図１１（ｂ）では80[km/h]である。スキャンレート（走査してから次の走査を行うまでの時間）は一定、レーザ光２０の走査間隔は40[km/h]の場合にGであったとすると、80[km/h]の場合は2Gとなる。

また、レーザ光２０同士の高さ走査間隔Dは、40[km/h]のときをD1、80[km/h]のときをD2とすると次の式で表される。
D1 = G・tanη
D2 = 2G・tanη
ただし、0<η≦90°
よって、D1<D2となる。

したがって、レーザ光２０の照射俯角ηが一定ならば車速が大きいほど誤差は大きくなることが分かる。

次に図１２を用いて俯角による誤差の発生について述べる。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）は、車速は等しく40[km/h]で等しく、レーザ光２０の走査間隔もGで等しいものの、レーザ光２０の照射俯角ηが異なり、図１２（ａ）のレーザ光２０の照射俯角η1は、図１２（ｂ）の照射俯角η2よりも大きく設定している。

また、レーザ光２０同士の高さ走査間隔Dは、レーザ光２０の照射俯角η1のときをD3、照射俯角η2のときをD4とすると次の式で表される。
D3 = G・tanη1
D4 = G・tanη2
ただし、0<η2<η1≦90°
よって、D3>D4となる。

つまり、レーザ光２０の照射俯角ηが大きくなるほど、誤差は大きくなることが分かる。

ところで、本実施例では車速が遅い場合には前方中心点距離を近く設定し、車速が速い場合には前方注視点距離を遠くに設定するようにしている。つまり、本実施例では車速に応じて、レーザ光２０の車両進行方向の走査間隔Gも照射俯角ηも変化させている。

次に、図１３を用いてレーザ光２０の車両進行方向の走査間隔Gおよび照射俯角ηによる誤差の発生について述べる。

図１３（ａ）は車速が40[km/h]でレーザ光２０の走査間隔はG、照射俯角はη1とする。また、図１３（ｂ）では車速が80[km/h]でレーザ光２０の走査間隔は2G、照射俯角はη2とする。

このとき、レーザ光２０の高さ走査間隔Dは、車速が40[km/h]のときをD3、80[km/h]のときをD4とすると次の式で表される。
D5 = G・tanη1
D6 = 2G・tanη2
ただし、0<η2<η1≦90°

ところで、車速が80[km/h]のときの前方注視点距離は、40[km/h]のときの2倍となるので、2・tanη1 = tanη2の関係となる。よって、D5 = D6となる。

つまり、本実施例のように車速に応じて、レーザ光２０の走査間隔とレーザ光２０の照射俯角ηを変化させる場合には誤差は一定となる。

（前方注視点距離に応じた演算方法の切替え）
第１高さ演算は、前方注視点距離が遠くなるほど、つまり車速が速くなるほど誤差が大きくなる。一方、第２高さ演算は前方注視点距離に関わらず誤差は一定に発生する。図１４は、前方注視点距離に応じた第１高さ演算と第２高さ演算による誤差の大きさをシミュレーションによって計測した結果である。

前方注視点距離が短い場合には、第１高さ演算の誤差の方が第２高さ演算の誤差に比べて小さい。前方注視点距離が遠くになるにつれて第１高さ演算の誤差が大きくなるが、第２高さ演算の誤差は一定となる。そのため、前方注視点距離がN1となると、第１高さ演算の誤差の方が第２高さ演算の誤差に比べて大きくなる。

そこで、本実施例ではコントローラ５の切替え部５ｅにおいて、図１５に示すように前方注視点距離がN1未満である場合には第１高さ演算により路面高さを演算させるようにし、前方注視点距離がN1以上の場合には第２高さ演算により路面高さを演算させるようにした。

図１６は、本実施例における各装置において行われる処理を示す図である。図１６（ａ）は時間と車速との関係、図１６（ｂ）は車速と前方注視点距離の関係、図１６（ｃ）はレーザ光２０の照射俯角を前方注視点距離の関係、図１６（ｄ）は前方注視点距離と第１高さ演算、第２高さ演算による路面高さの演算結果の関係を示す。

図１６（ａ）に示すように車速が増加していくにつれて、図１６（ｂ）に示すように前方注視点距離を遠くに設定し、図１６（ｃ）に示すように、前方注視点距離が遠くに設定されるほど、レーザ光２０の照射俯角を小さくする。

図１６（ｄ）の細実線は第１高さ演算による路面高さ演算結果を示し、点線は第２高さ演算による路面高さ演算を示し、一点鎖線は真の高さの値を示し、太線は切替え部５ｅによって第１高さ演算と第２高さ演算の切替えを行った演算結果の出力値を示す。また、第１高さ演算及び第２高さ演算の演算結果は誤差の範囲の上限と下限を示している。

図１６（ｄ）に示すように、前方注視点距離におうじて第１高さ演算と第２高さ演算を切替えているので、路面高さの演算誤差を小さくすることができる。

次に本実施例の効果について述べる。

・車両に設けられ、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させて、レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダ１と、照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波からレーザレーダと障害物との距離を検出する距離検出手段、およびレーザレーダと障害物との距離と、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第１の高さ演算手段としての第１高さ演算部５ｆと、レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出する長さ検出手段、および障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第２の高さ演算手段としての第２高さ演算手段と、前方注視点距離に応じて、障害物の高さ演算を第１高さ演算部５ｆと第２高さ演算部５ｇとに切替える切替え手段としての切替え部５ｅを設けた。

よって、前方注視点距離に応じて第１高さ演算部５ｆまたは第２高さ演算部５ｇを切替え、第１高さ演算部５ｆまたは第２高さ演算部５ｇのうち障害物の高さ演算誤差が小さい方で障害物高さを演算することが可能となる。そのため、高さ演算をより正確に行うことができる。

・切替え部５ｅは、前方注視点距離が長くなり、第１高さ演算部５ｆにより演算した障害物の路面からの高さの誤差が、第２高さ演算部５ｇにより演算した障害物の路面からの高さの誤差よりも大きくなる前方注視点距離において、障害物の高さ演算を第１高さ演算部５ｆから第２高さ演算部５ｇへ切替えるようにした。

よって、前方注視点距離に関わらず、第１高さ演算部５ｆと第２高さ演算部５ｇのうち、障害物の高さを演算した高さの誤差が小さい方法で障害物の高さを演算することが可能となる。そのため、高さ演算をより正確に行うことができる。

・第２高さ演算部５ｇは、障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角の余弦との乗算によって障害物の高さを演算するようにした。

よって、レーザレーダ１が取得した反射波データを処理することで障害物の高さを演算することが可能となる。そのため、第１高さ演算部５ｆにより障害物の高さを演算するために必要な装置に対して新たな装置を加えることなく、前方注視点距離が遠いときにも障害物の高さ演算誤差を小さくできる。

・レーザレーダ１は俯角アクチュエータ６によりレーザ光２０の俯角を可変にして、車速に比例して前方注視点距離を長くするようにした。

よって、車速に関わらず、制御の処理時間やアクチュエータの作動時間よりも、車両が前方注視点まで到達するまでの到達時間が長くなるように俯角を制御することが可能となる。そのため、前方注視点距離の位置に車両が回避すべき障害物があった場合にも、確実にアクチュエータが作動し、障害物を回避することができる。

・レーザ光２０を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離に応じて、障害物の路面からの高さを、レーザレーダ１と障害物との距離から演算する第１高さ演算を行う手段と、レーザ光が照射された障害物の影の長さから演算する第２高さ演算を行う手段とを切替えるようにした。

よって、前方注視点距離に応じて第１高さ演算または第２高さ演算を切替え、第１高さ演算または第２高さ演算のうち障害物の高さ演算誤差が小さい方で障害物高さを演算することが可能となる。そのため、高さ演算をより正確に行うことができる。

・レーザレーダ１から路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させて、レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にする手順と、前方注視点距離に応じて、障害物の路面からの高さを演算する手段として、レーザレーダ１と障害物との距離と、路面に照射するレーザ光２０の車両に対する俯角とから演算する第１高さ演算を行う手段と、障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光２０の車両に対する俯角とから演算する第２高さ演算を行う手段と、を選択する手順と、選択された手段によって障害物の路面からの高さを演算する手順から路上障害物検出を行うようにした。

よって、前方注視点距離に応じて第１高さ演算または第２高さ演算を切替え、第１高さ演算または第２高さ演算のうち障害物の高さ演算誤差が小さい方で障害物高さを演算することが可能となる。そのため、高さ演算をより正確に行うことができる。

・路上障害物検出装置付き車両に、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させて、レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダ１と、照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波からレーザレーダと障害物との距離を検出する距離検出手段、およびレーザレーダと障害物との距離と、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第１の高さ演算手段としての第１高さ演算部５ｆと、レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出する長さ検出手段、および障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第２の高さ演算手段としての第２高さ演算手段と、前方注視点距離に応じて、障害物の高さ演算を第１高さ演算部５ｆと第２高さ演算部５ｇとに切替える切替え手段としての切替え部５ｅを設けた。

よって、前方注視点距離に応じて第１高さ演算部５ｆまたは第２高さ演算部５ｇを切替え、第１高さ演算部５ｆまたは第２高さ演算部５ｇのうち障害物の高さ演算誤差が小さい方で障害物高さを演算することが可能となる。そのため、高さ演算をより正確に行うことができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

実施例１に係る、車両用路上障害物検出装置を搭載した車両の全体システム図である。 実施例１に係る、レーザレーダによる路面の形状取得を行う様子を示す図である。 実施例１に係る、車両用路上障害物検出装置の制御ブロック図である。 実施例１に係る、コントローラにおいて行われる処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１に係る、第１高さ演算について説明する図である。 実施例１に係る、障害物にレーザ光が照射された照射点の位置を演算する方法について説明する模式図である。 実施例１に係る、第２高さ演算について説明する図である。 実施例１に係る、障害物の路面からの高さZhを演算する方法について説明する模式図である。 実施例１に係る、レーザレーダからレーザ光を路面に照射したとき図である。 実施例１に係る、レーザレーダ１からレーザ光２０を障害物１０に照射したときの図である。 実施例１に係る、レーザ光の走査間隔による誤差の発生を説明する図である。 実施例１に係る、レーザ光の照射俯角による誤差の発生について説明する図である。 実施例１に係る、レーザ光の走査間隔および照射俯角による誤差の発生について説明する図である。 実施例１に係る、前方注視点距離に応じた第１高さ演算と第２高さ演算による誤差の大きさをシミュレーションによって計測した結果を示すグラフである。 実施例１に係る、切替え部における、第１高さ演算と第２高さ演算を切替えを説明する図である。 実施例１に係る、各装置において行われる処理を示す図である。

符号の説明

１ レーザレーダ
２ 車輪速センサ
５ コントローラ
５ａ 車両挙動演算部
５ｂ 前方注視点距離演算部
５ｄ 高さ演算部
５ｅ 切替え部
５ｆ 第１高さ演算部
５ｇ 第２高さ演算部

Claims (7)

1. 車両に設けられ路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角を変化させてレーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダと、
   照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波から前記レーザレーダと障害物との距離を検出する距離検出手段と、
   レーザレーダと障害物との距離と路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから障害物の路面からの高さを演算する第１の高さ演算手段と、
   レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出する長さ検出手段と、
   障害物の影の長さと前記路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから前記障害物の路面からの高さを演算する第２の高さ演算手段と、
   前方注視点距離に応じて、前記第１の高さ演算手段と前記第２の高さ演算手段とに切替える切替え手段と、
   を設けたことを特徴とする車両用路上障害物検出装置。
2. 請求項１に記載の車両用路上障害物検出装置において、
   前記切替え手段は、前記前方注視点距離が長くなり前記第１の高さ演算手段により演算した前記障害物の路面からの高さの誤差が前記第２の高さ演算手段により演算した前記障害物の路面からの高さの誤差よりも大きくなる前方注視点距離において前記第１の高さ演算手段と前記第２の高さ演算手段とを切替える手段であることを特徴とする車両用路上障害物検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用路上障害物検出装置において、
   前記第２の高さ演算手段は、前記障害物の影の長さと前記路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角の余弦との乗算によって演算する手段であることを特徴とする車両用路上障害物検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用路上障害物検出装置において、
   前記レーザレーダは、車速に比例して前記前方注視点距離を長くすることを特徴とする車両用路上障害物検出装置。
5. レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離に応じて、障害物の路面からの高さをレーザレーダと障害物との距離から演算する手段とレーザ光が照射された障害物の影の長さから演算する手段とを切替える車両用路上障害物検出装置。
6. レーザレーダから路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させてレーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にする手順と、
   前記前方注視点距離に応じて、前記障害物の路面からの高さを演算する手段としてレーザレーダと障害物との距離と前記路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから演算する手段と前記障害物の影の長さと前記路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから演算する手段とを選択する手順と、
   選択された手段によって前記障害物の路面からの高さを演算する手順と
   からなる路上障害物検出方法。
7. 路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角を変化させてレーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダと、
   照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波から前記レーザレーダと障害物との距離を検出する距離検出手段と、
   レーザレーダと障害物との距離と路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから障害物の路面からの高さを演算する第１の高さ演算手段と、
   前記レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出する長さ検出手段と、
   前記障害物の影の長さと前記路面に照射するレーザ光の前記車両に対する俯角とから、前記障害物の路面からの高さを演算する第２の高さ演算手段と、
   前記前方注視点距離に応じて、前記第１の高さ演算手段と第２の高さ演算手段とに切替える切替え手段と、
   を設けたことを特徴とする路上障害物検出装置付き車両。
   

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