JP2008096196A - 車載用レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の速度が速かったり、旋回半径Ｒが小さい場合、車載用のレーダ装置のレーダ視野角が狭くなり、レーダ装置の追従性能が低下して障害物の補足が困難となる。
【解決手段】車載用のレーダ装置１と、ＡＦＳ（適応型照明システム）の照明装置２とを備えた車載用レーダシステムにおいて、レーダ装置１に、照明装置２の照射方向であるスイブル角度に基づいて、レーダ装置１の走査範囲の偏向角度を制御する制御手段１６を設け、例えばカーブ走行下でレーダの検出性能が低下することを軽減するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車に搭載される車載用レーダ装置における走行状況への適応制御を行うようにした車載用レーダシステムに関するものである。

車載用レーダ装置は、自動車の周辺を監視するために使用されるセンサであり、車載用レーダ装置より電波を自動車の周辺に発射して、その反射波から自動車の周辺の障害物などを検出するものである。このような車載用レーダ装置の検出可能な情報としては、前方の障害物との相対距離、相対速度、または障害物の位置方向である。
車載用レーダ装置の応用として、オートクルーズ制御を実現する自動速度制御システムや、障害物との衝突の可能性を検出して運転者に警告を促す車両衝突防止装置、更には衝突回避不可能と判断した場合には車両に乗っている人を守るように制御させるといったプリクラッシュセーフティーシステムが既に知られている。

従来の車載用レーダ装置は、自車と障害物との直線的な移動に対しての相対的な距離や速度を検出する際は効果を発揮するが、カーブ走行時や自車両の方向変更時には、旋回時に伴う障害物の位置ズレの発生や有効的なレーダ視野角の低下から信頼性の面でやや劣ることは否めない。

この欠点を補う手法として、カーブ走行時などの車載用レーダ装置が不得手とする走行状況下では、車載用レーダ装置が自車の旋回半径と、障害物との相対距離に基づいて、自車線領域を修正し、前方障害物との相対距離や障害物の幅・相対速度・角度方向を演算補正する手法が知られている。（例えば、特許文献１）

また、車載用レーダ装置により車両前方の障害物を検出し、この検出情報に基づいてヘッドライトの光軸を偏向させて障害物の方向を照光する障害物検知用専用灯を設けたヘッドランプ制御システムが知られている。（例えば、特許文献２）
また、車両の操舵角と車両速度に基づいて、ランプの最大偏向角度を追従制御することで適切な照明を行う車両用照明装置が知られている。（例えば、特許文献３）

特開平１０−５４８７５号公報 特開２００５−６７２９４号公報 特開２００２−３２６５３８号公報

従来の各手法において、十分なレーダ視野角を確保できる場合、例えば、車両の速度が十分遅かったり、旋回半径Ｒが大きいときは効果的である。しかし、自車の車速が速かったり、旋回半径Ｒが小さい場合、有効的なレーダ視野角が狭くなり、障害物の捕捉が困難となる。
一般にレーダ視野角は広い領域をカバーすることが求められるが、アンテナを機械的に左右へ揺動制御する制御時間は、機構構造及びアクチュエータの駆動力から制限される。従って、既存レーダの測角性能を維持しつつ、レーダ視野角を広げようとすると、１回あたりのレーダ走査時間の増加や、それに伴う距離・相対速度の演算時間が増加するといった問題がある。

この発明の目的は、車載用レーダ装置が不得手とする車両旋回時、例えばカーブ走行下でのレーダ検出性能低下を軽減することにある。

この発明の車載用レーダシステムは、電波を対象物に対して放射しその反射波を受信するアンテナと、このアンテナから送信する信号を変調し、前記アンテナで受信した信号を復調する送受信部と、前記アンテナを左右に揺動駆動するアクチュエータ部と、このアクチュエータ部を制御して前記アンテナを周期的に揺動しレーダ走査範囲を決めると共に、前記送受信部で復調された受信信号から前記対象物を検出処理する信号処理部とを有するレーダ装置、及び自車の走行状況に関する情報に基づいてヘッドライトの照射方向（スイブル角度）を偏向制御する照明装置をそれぞれ車両に備え、前記レーダ装置は、前記照明装置からのスイブル角度の信号に基づいて前記レーダ装置のレーダ走査範囲の偏向角度を制御する制御手段を設けたものである。

このように構成された車載用レーダシステムによれば、既存のレーダ視野角で、走行状況に応じてレーダ走査範囲を適切に偏向制御することが可能であり、特に車載用レーダ装置が不得手とするカーブ走行下において、レーダ視野を広げたのと同等の効果が得られ、かつ、車載用レーダ装置の追従性能低下を軽減できるものである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施形態１を示す車載用レーダシステムの構成ブロック図である。
この発明の車載用レーダシステムは、車両に搭載されるレーダ装置１と、同じ車両に搭載される適応型照明システムＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System）の照明装置２とで構成されている。
車両に搭載されるレーダ装置１は、電波を対象物に放射しその反射波を受信して、車両前方にある障害物（対象物）との相対距離や相対速度或いは障害物方向を検出して、衝突の可能性を検出する装置である。また車両に搭載される適応型照明システムＡＦＳの照明装置２は、照明方向を左右方向に偏向制御可能なヘッドライトが自動車の前部の左右にそれぞれ装備されており、走行状況に基づいて配光を変化させるシステムで、運転者に車両の周囲の視認性を良好にする技術であり、走行環境を識別するのに特化された技術である。
ある。

レーダ装置１は、アンテナ１１、送信及び受信部（以下、送受信部と称す）１２、アンテナ１１を駆動するアクチュエータ部１３、アンテナ１１の位置を検出する位置検出部１４、信号処理部１５で構成されている。
アンテナ１１は、車両のフロントグリル付近に設けられた指向性を有するアンテナで、電波を対象物に対して放射し、対象物からの反射波を受信するためのもので、あらかじめ設定された振り角（走査角）で左右へと機械的に揺動させて自車両の前方を走査する。送受信部１２は、アンテナ１１から送信する信号を変調する送信部と、アンテナ１１で受信した信号を復調する受信部で構成される。アクチュエータ部１３は、アンテナ１１を決まった周期で左右に揺動駆動するためのもので、例えば、電動モータや磁気回路によって構成され、後述する信号処理部１５からの制御信号によって制御される。位置検出部１４は、アンテナ１１もしくはアクチュエータ部１３のいずれか一方に設けられた、例えば、ポジションセンサ等で構成され、アンテナ１１の位置を検出するためのものである。この位置検出部１４は、アクチュエータ部１３によって駆動されるアンテナ１１の実際の駆動位置を検知して、後述する信号処理部１５から供給される制御信号の目標の駆動位置に一致するようフイードバック制御するために設けられる。

信号処理部１５は、例えば、マイコンなどで構成され、アンテナ１１の走査中心軸となる偏向角度および走査中心軸からの振り角度である走査角の制御信号を演算してレーダ走査範囲を決め、その制御信号をアクチュエータ部１３に供給することにより、アンテナ１１を周期的に左右へ揺動駆動制御する。また信号処理部１５は、アンテナ１１から照射した電波が前方の障害物に反射してくる電波を受信して送受信部１２で復調された受信信号から、信号の遅延時間、或いは、ドップラー周波数成分を検出して、ＦＥＴ（Fast Fourier Transform）演算処理により、障害物との相対距離、相対速度、位置を検出する。更に信号処理部１５は、アンテナ１１から電波を放射するタイミングとアンテナ１１を周期的に揺動させて走査するタイミングを制御している。なお、図示していないが、この信号処理部１５は、車両の操舵角、ヨーレート、車速などの信号を入力して、アンテナ１１の走査角であるレーダ視野角を決めるようにしている。

またこの信号処理部１５には、適応型照明システムＡＦの照明装置２からヘッドライトの照射方向であるスイブル角度の信号を入力して、レーダ装置１のレーダ走査範囲の偏向角度を制御する制御手段１６を設けている。なおこの制御手段１６は、図１では信号処理部１５の中に設けているが、信号処理部１５とは別に設けてもよい。

なおアンテナ１１は、図２に示すように筺体１１ａに収納され、前面がレドーム１１ｂで覆われている。そしてアンテナ１１は、自車の前方に放射される電波ビームの中心軸を走査中心軸Ｓとし、その走査中心軸Ｓをアクチュエータ部１３で左右に振ることでレーダ走査範囲とし、これが対象物の検出領域となる。例えば、図２において、走査中心軸Ｓから左右に１０度ずつの走査角で振って形成される領域、即ち、アンテナ１１によって走査される揺動範囲θaがレーダ走査範囲となる。そしてアンテナ１１によって走査される揺動範囲θaは、アンテナ１１を左右に振ることができる物理的な最大揺動範囲θmax、即ち、アンテナ１１を左右に振って電波ビームが筐体１１ａに突き当たる範囲よりも狭い範囲で左右に揺動制御される。

また、自車が直進している時にその方向と同じ方向に放射されている電波ビームの中心軸が走査中心軸Ｓと一致する時を、レーダ走査範囲の偏向角度θｄは初期値またはゼロ値とした時、車両がカーブを走行するなどして、レーダ走査範囲の偏向角度θｄを初期値またはゼロ値以外の所定角度に偏向する場合（例えば図２において、走査中心軸Ｓが一点鎖線の場合）、レーダ走査範囲の偏向角度θｄは、アンテナ１１から放射される電波ビームの左右いずれかの片側がアンテナ１１を収容している筐体１１ａに突き当たる直前まで、アンテナ１１の揺動中心（走査中心軸Ｓ）を偏向できるようになっている。
なお、アンテナ１１の偏向角度θｄが初期値またはゼロ値より右方に偏向された場合、偏向角度θｄは正とし、アンテナ１１偏向角度θｄが初期値またはゼロ値より左方に偏向された場合、偏向角度θｄは負とする。
アンテナ１１のレーダ走査範囲の走査中心軸Ｓを偏向する偏向角度θｄは、後述するように照明装置２の照射方向（スイブル角度）に基づいて制御されるようになっている。

ここで車に搭載されたレーダ装置１の動作を簡単に説明する。信号処理部１５は、アンテナ１１から所定の電波ビームを送信させるよう送受信部１２を制御する。同時にこの送信タイミングに合わせて、アクチュエータ部１３にアンテナ１１の走査角の制御信号を供給し、アンテナ１１を左右に所定周期で揺動制御する。こうしてアンテナ１１はアンテナの揺動範囲θaであるレーダ走査範囲内に存在する対象物（障害物）に対して電波ビームを放射し、その反射波を受信する。

アンテナ１１で受信した反射波の信号は送受信部１２で復調処理される。信号処理部１５は、送受信部１２で復調された受信信号をＦＥＴ演算処理することにより、走査角方向に存在する障害物に関して、障害物との相対距離、相対速度、位置を検出する。信号処理部１５で検出された、障害物との相対距離、相対速度、検出位置などの情報は、信号線６を通じて、車両の自動速度制御システム、車両衝突防止装置、プリクラッシュセーフティーシステムなどの車両制御装置３に送られ、各装置に対応した処理が行われる。

適応型照明システムＡＦＳの照明装置２は、ヘッドライト２１、ヘッドライト２１を駆動するアクチュエータ部２２、アクチュエータ部２２を制御するＡＦＳ−電子ユニット（ＡＦＳ−ＥＣＵ）２３で構成されている。
ヘッドライト２１は、自動車の前部の左右にそれぞれ装備されており、ランプの周囲に設けたリフレクタが傾動駆動されることにより、照射方向（スイブル角度）が左右方向に偏向可能になっている。アクチュエータ部２２は、例えば、モータやベアリングで構成され、ヘッドライト２１のリフレクタを傾動駆動して、ヘッドライト２１のスイブル角度を左右方向に偏向制御する。ＡＦＳ−電子ユニット２３は、自動車の走行状況を示す情報センサ４の出力に基づいてヘッドライト２１の照射方向（スイブル角度）を演算し、このスイブル角度に応じた制御信号によりアクチュエータ部２２を駆動し、ヘッドライト２１のスイブル角度を左右方向に偏向制御するものである。なお、ヘッドライト２１のスイブル角度とは、図３に示すように、照射光の光軸Ｌが自車の直進方向と一致している場合を０とした時、光軸Ｌが左または右（図３では右に振れ一点鎖線で示す）に振れて偏向した角度θsのことを言う。

なおアクチュエータ部２２による実際の駆動量がＡＦＳ−電子ユニット２３からの目標駆動量に一致するようにフイードバック制御されるようになっている。
ここで自動車の走行状況を示す情報センサ４の出力とは、例えば、自動車のステアリングホイールＳＷの操舵角、自動車の速度、ハンドル舵角、自車前方の障害物を検出するための車載用レーダ装置１からの検出出力（障害物との相対距離、相対速度、検出位置などの情報）、その他自動車の走行状況を示す情報である。

次に適応型照明システムＡＦＳの照明装置２の動作について説明する。ＡＦＳ−電子ユニット２３は、走行状況を示す情報センサ４からのステアリングホイールＳＷの操舵角、自動車の速度、ハンドル舵角に基づいて、ｔ秒後の旋回半径Ｒを推定し、その旋回半径Ｒに基づいてヘッドライト２１の照射方向を偏向する偏向量（スイブル角度θs）を算出する。このスイブル角度θsに基づいてアクチュエータ部２２を駆動し，ヘッドライト２１が左または右方向に偏向制御される。
例えば、ある速度でのＡＦＳ制御による旋回半径Ｒ−スイブル角度θsの特性は、図４のように表わされ、旋回半径Ｒが小さいほどスイブル角度θsが大きくなる。この特性は自車の速度が低速になるにつれてカーブ曲線が左側にずれる。

また、ＡＦＳ−電子ユニット２３は、車載用レーダ装置１の出力を加味してスイブル角度θsを決定し、ヘッドライト２１の照射方向を前方の障害物へと向けるよう制御してもよい。
適応型照明システムＡＦＳの照明装置２によるヘッドライト２１の制御手段としては、ロービーム全体或いは一部を可動する方法と、固定式或いは可動式の専用光源を追加する方法とがあるが、いずれを用いても良い。
また、自動車の前部左右に取り付けられたヘッドライト２１を走行状況に合わせて、左右いずれかをスイブルさせる片振り方式と、両方を同時にスイブルさせる全振り方式とあるが、この発明はいずれの方法を用いても良い。

車載用のレーダ装置１の制御手段１６と適応型照明システムＡＦＳの照明装置２のＡＦＳ−電子ユニット２３とは信号線５で接続されており、レーダ装置１の制御手段１６は適応型照明システムＡＦＳの照明装置２のＡＦＳ−電子ユニット２３よりスイブル角度θsに応じた信号を取得する。このスイブル角度θsの信号がレーダ装置１の制御手段１６に入力されると、制御手段１６はスイブル角度θsの信号に基づいてレーダ装置１のレーダ走査範囲の偏向角度θｄを演算し、この偏向角度θｄの信号に基づいてアクチュエータ部１３を制御する。

以下、制御手段１６によりスイブル角度θsの信号に基づいてレーダ装置１のレーダ走査範囲の偏向角度θｄを制御する方法について説明する。
図５は、自車がカーブを走行する概略図である。自車両７がＯ点８を中心とする旋回半径Ｒの道路を走行するときの、レーダ装置１のレーダ視野角θと最大検知距離ｒを表したものである。

図６はこの発明の実施形態１における処理の流れを示すフローチャートである。
ステップ６１において、レーダ装置１の制御手段１６は、信号線５等を介して適応型照明システムＡＦＳの照明装置２のＡＦＳ−電子ユニット２３よりスイブル角度θsに応じた信号を取得する。
ステップ６２において、制御手段１６によりスイブル角度θsが所定値（α角度）以上であるかを判定する。スイブル角度θsの所定値αは、例えば、レーダ装置１の最大偏向角度と、ある速度でのレーダ装置１の最大検知距離ｒとレーダ視野角θから決定する。

ステップ６２において、制御手段１６が取得したスイブル角度θsがα角度以下であった場合、ステップ６３へと移行し、レーダ走査範囲の偏向角度θｄは初期値もしくはゼロがセットされる。従って、アンテナ１１の揺動範囲は、初期に設置された位置を中心として、あらかじめ設定された振り角でアンテナ１１を左右へと機械的に揺動させて自車両の前方を走査する。

ステップ６２において、制御手段１６が取得したスイブル角度θsがα角度以上であった場合、ステップ６４へと移行する。ステップ６４では、制御手段１６にて、スイブル角度θsに基づいてレーダ装置１が走査するレーダ走査範囲を傾けるための偏向角度θｄを算出する。例えば、図７のように自車の旋回半径Ｒの逆正弦関数より推定されるスイブル角度に対して、あるスイブル角度を閾値にスイブル角度θsに比例してレーダ走査範囲の偏向角度θｄを演算する。

ステップ６５において、算出されたレーダ走査範囲の偏向角度θｄに基づいて、アンテナ１１の揺動中心を位置検出部１４の出力が偏向角度だけオフセットするようアクチュエータ部１３を揺動制御する。もしくは、アクチュエータ部１３の駆動量を偏向角度θｄに基づいてオフセットすることで、レーダ走査範囲を偏向する。この時、レーダ走査範囲の偏向角度θｄの方向は、当然ながら照明装置２のヘッドライト２１のスイブル角度方向に追従する方向である。

ステップ６６は、あらかじめ定められた微小制御量を増減させてアクチュエータ部１３を駆動し、目標の偏向角度へと遷移させる処理である。
アクチュエータ部１３による駆動量が目標の偏向角度と一致したら、ステップ６１へと戻る。こうしてステップ６１〜ステップ６６が繰返し行われる。

上記ステップ６５、６６において、アクチュエータ部１３による制御量の増減に応じて、車載用のレーダ装置１が検出した車両前方の障害物の検出位置或いは検出方向を、ソフトウエア（ＳＷ）の処理により、レーダ走査範囲の偏向角度θｄに基づいてオフセット補正し、レーダ装置１が検出した位置ズレを防ぐようにしてもよい。

以上の処理により、図８のような最大検知距離ｒを実現する。図８は、ある一定速度ｖで走行下、レーダ視野角θが異なる場合の旋回半径Ｒ−最大検知距離ｒの特性である。
図８において、細い実線８１は既存のレーダ視野角、一点破線８２は既存のレーダ視野角よりも偏向角度θｄ分だけ広い視野角、太い実線８３は、この発明の処理によりスイブル角度θｓに追従して偏向制御されたレーダ視野角時のものをそれぞれ示す。
また、車速がｖよりも速ければ、制御特性が変わるポイント点ａが一点破線８２にそって右上に移動し、車速がｖよりも遅ければ、点ａのポイントが一点破線８２にそって左下に移動する。

この図８からも明らかなように、旋回半径Ｒが小さい場合には、レーダ視野角θ（図５参照）が狭くなるのを低減でき、既存のレーダ視野角よりも偏向角度θｄ分だけ広い視野角と同等の最大検知距離ｒを得ることができる。旋回半径Ｒが大きい場合には、スイブル角度θｓは小さくなるので、レーダ走査範囲の偏向角度θｄは少なくなり、スイブル角度θｓに応じて、レーダ走査範囲の偏向角度θｄも減らす。これにより、旋回半径Ｒに応じたレーダ視野を確保できる。こうしてカーブ走行下で、前方に障害物が検出されない場合においても、スイブル角度θｓがα角度以上ならば、レーダ装置１の最大検知距離ｒの低下するのを低減するように作用するように走行状況に応じて適応制御できる。

このように構成された車載用レーダシステムによれば、既存のレーダ視野角で、走行状況に応じてレーダ走査範囲を適切に偏向制御することが可能である。特に車載用のレーダ装置１が不得手とするカーブ走行下において、レーダ視野を広げたのと同等の効果が得られ、かつ、レーダ装置１の追従性能低下を軽減できる。
走行状況に適応制御されたレーダ装置１で検出した前方の障害物との相対距離、相対速度、または障害物の位置方向に関する情報は、車両の自動速度制御システムや、プリクラッシュセーフティーシステムなどの車両制御装置３に用いられる。

また、前方の障害部を検知した車載用レーダ装置１の出力に基づいて、適応型照明システムＡＦＳの照明装置２におけるヘッドライト２１の照射方向（スイブル角度）を偏向されるタイプのＡＦＳにおいても、カーブ走行下では、適応型照明システムＡＦＳの照明装置２と車載用レーダ装置１との間でフィードバック制御されるため、レーダ装置の追従性能が向上する。

この発明の実施の形態１の構成を表すブロック図。 この発明の実施の形態１に用いられるアンテナの構成及び偏向状態を表す図。 この発明に用いられるヘッドライトの照射状態を表す図。 この発明に用いられる照明装置の旋回半径Ｒ−スイブル角度特性図。 自車がカーブを走行する時の概略図。 この発明における処理の流れを示すフローチャート。 この発明に使用されるスイブル角度−レーダ走査範囲の偏向角度特性図。 レーダ視野角が異なる場合のそれぞれ旋回半径Ｒ−最大検知距離ｒの特性図。

符号の説明

１：車載用のレーダ装置、 ２：ＡＦＳの照明装置
３：車両制御装置、 ４：自動車の走行状況を示す情報センサ
５：信号線、 ６：信号線
７：自車両、 ８：カーブの旋回中心点Ｏ
Ｒ：旋回半径 ｒ：最大検知距離
１１：アンテナ、 １１ａ：アンテナの筐体
１１ｂ：アンテナレドーム １２：送受信部
１３：レーダア装置のアクチュエータ部、 １４：位置検出部
１５：信号処理部、 １６：制御手段
２１：ヘッドライト、 ２２：照明装置のアクチュエータ部
２３：ＡＦＳ−ＥＣＵ、 θ：レーダ視野角
θｄ：レーダ走査範囲の偏向角度 θｓ：スイブル角度

Claims (7)

1. 電波を対象物に対して放射しその反射波を受信するアンテナと、このアンテナから送信する信号を変調し、前記アンテナで受信した信号を復調する送受信部と、前記アンテナを左右に揺動駆動するアクチュエータ部と、このアクチュエータ部を制御して前記アンテナを周期的に揺動しレーダ走査範囲を決めると共に、前記送受信部で復調された受信信号から前記対象物を検出処理する信号処理部とを有するレーダ装置、及び自車の走行状況に関する情報に基づいてヘッドライトの照射方向（スイブル角度）を偏向制御する照明装置をそれぞれ車両に備え、前記レーダ装置は、前記照明装置からのスイブル角度の信号に基づいて前記レーダ装置のレーダ走査範囲の偏向角度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする車載用レーダシステム。
2. レーダ装置のレーダ走査範囲であるアンテナの揺動範囲は、前記アンテナを左右に振ることのできる物理的な最大揺動範囲よりも狭い範囲で揺動制御するようにした請求項１に記載の車載用レーダシステム。
3. 制御手段は、アンテナから放射される電波ビームの左右いずれかの片側が前記アンテナを収容している筐体に突き当たる直前まで、前記アンテナの揺動中心を偏向できるようにした請求項１または請求項２に記載の車載用レーダシステム。
4. 制御手段は、照明装置より取得したスイブル角度が所定値以上の場合、前記スイブル角度方向へレーダ走査範囲を追従偏向制御するようにした請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の車載用レーダシステム。
5. 制御手段は、照明装置より取得したスイブル角度が所定値以下の場合、レーダ走査範囲の偏向角度を初期値或いはゼロ値へ、セットするようにした請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の車載用レーダシステム。
6. 制御手段は、自車の旋回半径の逆正弦関数より推定されるスイブル角度に対して、あるスイブル角度を閾値にスイブル角度に応じてレーダ走査範囲の偏向角度を演算するようにした請求項１に記載の車載用レーダシステム。
7. 制御手段は、照明装置より取得したスイブル角度が所定値以上の場合、レーダ装置により検出された対象物の検出方向或いは検出位置を、レーダ走査範囲の偏向角度に基づいてオフセット補正するようにした請求項１に記載の車載用レーダシステム。

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