JP2008209343A - 車載用レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】角度確定可能範囲外であっても反射波を受信可能な領域に存在するターゲットに対応することができる車載用レーダシステムを提供する。
【解決手段】電波を送信する送信してターゲットから反射される電波を受信し、得られたターゲット信号からターゲットの距離、相対速度及び方位角度を算出し、ターゲットの方位角度は、所定の角度確定範囲において算出可能であり、ターゲット信号からターゲットが前記角度確定範囲内かどうかを判定して、前記角度確定範囲内にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離、相対速度及び方位角度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定し、前記角度確定範囲外にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離及び相対速度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載用レーダシステムに関する。

自車前方の車両や障害物を検知し、衝突を予測して予めシートベルトの巻き取りや非常ブレーキの動作を行うプリクラッシュセーフティ等を行う車載用レーダシステムが実現されている。車載用レーダシステムとしては、レーザレーダとミリ波レーダが一般的に知られているが、なかでもミリ波レーダは、雨や霧の状態でも安定してターゲットを検知することができ、全天候型のセンサとして期待されている。

このミリ波レーダは、送信アンテナからミリ波周波数帯域の電波を送出し、他の車両や歩行者などのターゲットからの反射波を受信して、送信波に対する受信波のドプラー変調特性を検出してターゲットとの距離、相対速度を検出するものである。

ミリ波レーダの変調方式は、ＦＭＣＷ方式や２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式など、いくつか提案されている。

このなかで、２周波ＣＷ方式は、比較的近接する２個の周波数を切り替えて送信し、これらの受信波の変調度合いを利用してターゲットに対する距離、相対速度等を検出するものであり、発振周波数が２個で済むことから発振器などの回路構成が簡単で済むなどの利点がある。

また、２周波ＣＷ方式において、受信アンテナを左／右に２分割して、左右アンテナの受信信号（左右受信信号と称することもある）の和・差電力比や左右受信信号の位相差からレーダビームに対する前方ターゲットの存在角度（方位角度）を検出する方式があり、この方式は、一般にモノパルス方式と呼ばれている。

このモノパルス方式は、方向検出のためのスキャン機構を必要とせずに１個のワイドビームによりターゲットの方位角度を検出でき、アンテナサイズがビーム幅に反比例することからアンテナ自体を小型化できるなど、数多くの利点を有している。

従来、このようなモノパルス方式の車載用レーダシステムにおいては、反射波を受信可能であっても方位角度を確定することができる角度範囲が限定されているため、この角度確定範囲内のみに電波を送信するようにアンテナが設計され、前記角度確定範囲より外側からの反射波を受信しないような手段がとられている。

例えば、特許文献１に開示されているように、送信電波の幅が制限された指向性のあるモノパルスアンテナを用いることにより、所定の角度範囲内からの反射波のみを受信する方法が提案されている。

特表平９−５０２０１７号公報

車載用レーダシステムでは、できるだけ広い角度範囲にわたってターゲットを検知できることが望ましい。

従来の車載用レーダシステムでは、角度確定範囲内に存在するターゲットは、その距離、相対速度、方位角度を測定することができる。しかしながら、角度確定範囲外に存在するターゲットは、反射波を受信可能な範囲であってもその存在すら検知しないため、プリクラッシュセーフティを実施する上で大きな死角が生じてしまうという問題があった。アンテナの設計を見直して角度検出範囲を広げようとしても、電波の指向性のため、角度範囲に上限が存在し、例えば、±９０°まで角度検出範囲を広げることは困難である。

本発明の目的は、角度確定可能範囲外であっても反射波を受信可能な領域に存在するターゲットに対応することができる車載用レーダシステムを提供することにある。

本発明のレーダシステムは、電波を送信してターゲットから反射される電波を受信し、得られたターゲット信号からターゲットの距離、相対速度及び方位角度を算出し、ターゲットの方位角度は、所定の角度確定範囲において算出可能であり、ターゲット信号からターゲットが前記角度確定範囲内かどうかを判定して、前記角度確定範囲内にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離、相対速度及び方位角度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定し、前記角度確定範囲外にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離及び相対速度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定する。

受信用右アンテナ及び受信用左アンテナによって電波を受信し、これらのアンテナによるターゲット信号の位相差からターゲットの方位角度を算出するようにしてもよい。

受信信号をＦＦＴ処理し、ノイズレベルを算出し、信号対ノイズ比が所定の値より高いピークをターゲット信号として取得するようにしてもよい。

ターゲットが衝突する危険性があると判定した場合、自車のブレーキを制御するようにしてもよい。

ターゲットが衝突する危険性があると判定した場合、自車の警報を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、角度確定範囲外であっても反射波を受信可能な領域に存在するターゲットに対応することができる車載用レーダシステムが実現する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のレーダシステムのターゲット検知可能範囲を模式的に示す図である。本発明のレーダシステムは、２周波ＣＷ方式において、自車１の正面２に設けられた受信アンテナ２を左／右に２分割して、左右アンテナの受信信号の位相差からレーダビームに対する前方ターゲット３の方位角度を検出する方式である。このような方式では、車両前方の所定の角度範囲内でターゲットの距離、相対速度、方位角度を検知することができる。この角度範囲を、図１において角度確定範囲として示す。

通常の検知エリアの左右には、ターゲットの距離、相対速度は検知可能であるものの、方位角度を確定することができない角度不確定範囲が存在する。角度不確定範囲が存在する理由を以下に説明する。

図２は、図１の各エリアにおける右／左受信アンテナの受信信号位相差とターゲットの方位角度との関係を示すグラフである。本明細書においては、自車の正面方向を０度とし、右方向がプラス、左方向がマイナスとする。通常の検知エリアでは、右／左受信アンテナの受信信号位相差と、ターゲットの真の方位角度との間には、一対一の関係が成り立つ。しかし、最大検知角度の上限及び下限を超える右死角エリア及び左死角エリアにおいては、右／左受信アンテナの受信信号位相差の上限及び下限を超える領域では、ターゲットの真の方位角度との関係は一対一の関係にならず、ターゲット方位角度を確定することができない。すなわち、受信信号位相差の上限及び下限に対応する角度が上限及び下限の最大検知角度となる。

従来の車載用レーダシステムでは、角度確定範囲においてのみ検知エリアとして使用し、左右の角度不確定範囲は、左死角エリア及び右死角エリアとしてターゲットの検知をしていなかった。本発明のレーダシステムでは、この角度不確定範囲である右死角エリア及び左死角エリアでも、ターゲットの方位角度以外の距離、相対速度の検知を行う。

図３は、本発明のレーダシステムの構成の一例を示すブロック図である。本例のレーダシステムは、位相モノパルスレーダ方式である。本発明のレーダシステムは、レーダアンテナ部１０と、信号処理及び制御部２０とを備える。

先ず、レーダアンテナ部１０における処理について説明する。レーダアンテナ部１０は、発信器１１と、送信アンテナ１２と、受信用左アンテナ１３と、受信用右アンテナ１４と、ミキサ１５及び１６とを備える。発振器１１で作り出された送信波は、送信アンテナ１２からレーダ前方（すなわち車両前方）に送信される。そしてターゲットに反射して戻ってきた反射波を、受信用左アンテナ１３と受信用右アンテナ１４が受信する。このとき、反射波の周波数は、自車に対するターゲットの相対速度に応じてドップラー周波数ΔＦが加算された値となる。これらの受信用左アンテナ１３及び受信用右アンテナ１４によって受信された信号は、それぞれミキサ部１５及び１６において送信波とミキシングされ、ドップラー周波数の信号が取り出される。受信用左アンテナ１３の受信信号と受信用右アンテナ１４の受信信号からそれぞれ取り出されたドップラー周波数の信号は、信号処理及び制御部２０に供給される。

次に、信号処理及び制御部２０における処理について説明する。信号処理及び制御部２０は、Ａ／Ｄコンバータ２１及び２２と、マイコン２３とを備える。レーダアンテナ部１０のミキサ１５及び１６から供給されるドップラー周波数の信号は、それぞれＡ／Ｄコンバータ２１及び２２によってサンプリングされ、マイコン２５に取り込まれる。マイコン２３は、自車が備えるブレーキ３１、警報３２、車速センサ３３及びヨーレートセンサ３４にも接続される。

マイコン２３は、図４に示すように、車両情報取得手段４１、ターゲット信号取得手段４２、距離及び相対速度算出手段４３、存在エリア判定手段４４、ターゲット存在判定手段４５、角度算出手段４６、トラッキング手段４７、衝突危険判定手段４８、減速度設定手段４９、ブレーキ制御手段５０、死角ターゲット存在判定手段５１、死角ターゲット衝突危険判定手段５２、警報設定手段５３、警報制御手段５４を備える。これらの手段は、マイコン２３におけるプログラムとして実現することができるが、ハードウェアとして実現してもよい。この図４と図５のフローチャートを参照して、マイコン２３における処理を説明する。

図５のステップＳ１０１において、図４の車両情報取得手段４１は、自車の車速値とヨーレート値を図２の車速センサ３３とヨーレートセンサ３４からＣＡＮ（Controller Area Network）通信等を経て取得する。

ステップＳ１０２において、ターゲット信号取得手段４２によってターゲット信号を取得する。このターゲット信号の取得では、図６のフローチャートに示すような処理が行われる。図３のＡ／Ｄコンバータ２１及び２２によってサンプリングされて取り込まれたドップラー周波数の信号は、横軸が時間、縦軸が電圧値の振幅のグラフで表されるものである。ステップＳ２０１においてこの信号をＦＦＴ処理する。この結果は、図７のグラフに示すような、横軸が周波数、縦軸が受信信号強度であらわされるものになる。横軸の周波数はターゲットの相対速度に対応する。ステップＳ２０２では、このＦＦＴ処理の結果においてノイズ推定処理が行われる。図７に示すように、ＦＦＴの結果を複数の周波数領域に分割し、それぞれの周波数領域におけるＦＦＴ結果を平均した値をそれぞれの周波数領域のノイズレベルとする。次に、ステップＳ２０３では、ピーク検出処理を行う。図７に示すようなノイズレベルを基準として、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）が、Ｓ／Ｎ＞α（例えば１３ｄＢ）を満たすピーク値を取り出す。これをターゲット信号とする。

再び図５に戻り、ステップＳ１０３において、距離及び相対速度算出手段４３によってターゲットの距離及び相対速度を求める。例えば、２周波ＣＷ変調方式を用いることによりターゲットの距離の算出を行うことができる。さらに、図７に示すターゲット信号の周波数からターゲットの相対速度の算出を行うことができる。これらの算出方法については当該技術分野において広く知られているものであるため、さらに詳細には説明しない。

ステップＳ１０４において、存在エリア判定手段４４によってターゲットの存在エリアの判定を行う。すなわち、ターゲットが図１の角度確定領域又は角度不確定領域のいずれに存在しているかを判定する。この判定には、図２に示すようにアンテナ特性を利用して行う。図２の横軸はターゲットの真（実際）の方位角度で、横軸は受信用左アンテナ１３と受信用右アンテナ１４のそれぞれで受信したターゲット信号の位相差を表している。ターゲット信号の位相差が位相上限及び位相下限の間の範囲にあれば、位相差とターゲットの真の方位角度とは一対一の関係が成り立つので、ターゲットは角度確定範囲内に存在すると判断し、ステップＳ１０５に進む。ターゲット信号の位相差が位相上限及び位相下限の間の範囲外にあれば、位相差と真の方位角度とは一対一の関係が成り立たないので、ターゲットは角度不確定範囲に存在すると判断し、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０５において、ターゲット存在判定手段４５によってターゲット信号がＳ／Ｎ＞β（β＞α）を満たすかどうかを判定する。これは、正面方向、すなわち角度確定領域においては、反射信号の受信強度が高いため、ノイズと区別するためにターゲットの存在に対する判定しきい値をより高くすることを意図している。Ｓ／Ｎ＞βならばステップＳ１０６に進み、Ｓ／Ｎ≦βならばノイズと判断し、ターゲットは検知されていないことになるのでステップＳ１０９に進み、何もしない。

ステップＳ１０６において、角度算出手段４６によってターゲットの方位角度を算出する。図２に示すような関係に基づいて、ターゲット信号の位相差からターゲットの方位角度を求めることができる。

ステップＳ１０７において、トラッキング手段４７は、ターゲットの距離と方位角度を用いてターゲットの位置をトラッキングする。トラッキング方法については当該技術分野において広く知られているものであるため、さらに詳細には説明しない。

ステップＳ１０８において、衝突危険判定手段４８によって、自車の車速とヨーレート情報を用いて、自車の予測進行路を推定する。そしてこの予測進行路の中にターゲットが存在すれば、そのターゲットの距離と相対速度を用いて、衝突までの時間を算出する。この衝突までの時間が所定値を下回れば、衝突する危険性があると判断し、ステップＳ１１５に進む。そうでなければステップＳ１０９に進み、何もしない。

ステップＳ１１０において、存在エリア判定手段４４によって、ターゲットが左死角エリア又は右死角エリアのいずれに存在するかを判定する。本例においては、位相差＜０ならば方位角度＜０、すなわち左死角エリアに存在すると判断してステップＳ１１１に進み、位相差＞０ならば方位角度＞０、すなわち右死角エリアに存在すると判断してステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１１及びステップＳ１１２において、死角ターゲット存在判定手段５１によってターゲット存在確定を行う。具体的には、所定時間内に各死角エリア内にターゲットが発生する頻度を距離ごとに記録しておき、その頻度が所定値を超えたら、各死角エリア内にターゲットが確実に存在すると判断し、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、死角ターゲット衝突危険判定手段５２によって、死角エリア内のターゲットに衝突する危険性があるかどうかを判定する。例えば、自車の近距離内（例えば距離が１ｍ以内）にターゲットの存在を検出したら、衝突する危険性があると判断し、ステップＳ１１５に進む。また、距離が遠くても（例えば距離が１〜３ｍ）、自車が右左折するような状態（車速が所定値以下、かつ、ヨーレートが所定値以上）であれば、衝突する危険性があると判断する。これらの危険性がないと判断した場合、ステップＳ１１４に進み、なにもしない。また、ステップＳ１１１又はＳ１１２において、所定時間内に各死角エリア内にターゲットが発生する頻度が所定値を超えなかった場合も、ターゲット信号はノイズである。したがって衝突危険なしと判断してステップＳ１１４に進み、なにもしない。

ステップＳ１１５において、減速度設定手段４９によって、衝突危険性があると判断したターゲットの距離、相対速度に基づいてブレーキ３１の減速度を設定する。ステップＳ１１６において、ブレーキ制御手段５０によって、ステップＳ１１５で設定したブレーキの減速度にしたがってブレーキ３１の制御を行い、ステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１７において、警報設定手段５３によって警報音量などを設定し、ステップＳ１１８において、その設定に基づいて警報制御手段５４によって警報３２を発生させ、ターゲットの衝突の危険性があることを警告する。

ブレーキや警報の制御の他に、音声やランプによる警告や、シートベルトの巻き取り等を行ってもよい。

以上のような処理を行うことにより、レーダがターゲットの方位角度を確定可能な角度範囲以外にターゲットが存在する場合でも対応することが可能になり、死角が少ない車載用レーダシステムが実現する。

本発明は、車載用レーダシステムに利用可能である。

本発明のレーダシステムのターゲット検知可能範囲を模式的に示す図である。 右／左受信アンテナの受信信号位相差とターゲットの方位角度との関係を示すグラフである。 本発明のレーダシステムの構成の一例を示すブロック図である。 マイコンが備える手段を示すブロック図である。 マイコンにおける処理を説明するフローチャートである。 ターゲット信号を取得する処理を説明するフローチャートである。 ＦＦＴ処理したターゲット信号を示すグラフである。

符号の説明

１ 自車
２ 受信アンテナ
３ ターゲット
１０ レーダアンテナ部
１１ 発信器
１２ 送信アンテナ
１３ 受信用左アンテナ
１４ 受信用右アンテナ
１５、１６ ミキサ
２０ 信号処理及び制御部
２１、２２ Ａ／Ｄコンバータ
２３ マイコン
３１ ブレーキ
３２ 警報
３３ 車速センサ
３４ ヨーレートセンサ
４１ 車両情報取得手段
４２ ターゲット信号取得手段
４３ 距離及び相対速度算出手段
４４ 存在エリア判定手段
４５ ターゲット存在判定手段
４６ 角度算出手段
４７ トラッキング手段
４８ 衝突危険判定手段
４９ 減速度設定手段
５０ ブレーキ制御手段
５１ 死角ターゲット存在判定手段
５２ 死角ターゲット衝突危険判定手段
５３ 警報設定手段
５４ 警報制御手段

Claims (5)

1. 電波を送信する送信手段と、
   ターゲットから反射される電波を受信し、受信信号を得る受信手段と、
   前記受信信号からターゲット信号を得るターゲット信号取得手段と、
   前記ターゲット信号からターゲットの距離を算出する距離算出手段と、
   前記ターゲット信号からターゲットの相対速度を算出する相対速度算出手段と、
   前記ターゲット信号からターゲットの方位角度を算出する角度算出手段とを備え、
   ターゲットの方位角度は、所定の角度確定範囲において算出可能であり、さらに、
   ターゲット信号からターゲットが前記角度確定範囲内かどうかを判定する存在エリア判定手段と、
   前記角度確定範囲内にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離、相対速度及び方位角度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定する衝突危険判定手段と、
   前記角度確定範囲外にターゲットがあると判定した場合、ターゲットの距離及び相対速度に基づいて前記ターゲットが自車に衝突する危険性があるかどうかを判定する死角ターゲット衝突危険判定手段とを備えることを特徴とする車載用レーダシステム。
2. 前記受信手段は、受信用右アンテナ及び受信用左アンテナを備え、
   前記角度算出手段は、前記受信用右アンテナ及び受信用左アンテナによるターゲット信号の位相差からターゲットの方位角度を算出することを特徴とする請求項１記載の車載用レーダシステム。
3. 前記ターゲット信号取得手段は、受信信号をＦＦＴ処理し、ノイズレベルを算出し、信号対ノイズ比が所定の値より高いピークをターゲット信号として取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の車載用レーダシステム。
4. 前記衝突危険判定手段又は死角ターゲット衝突危険判定手段が、ターゲットが衝突する危険性があると判定した場合、自車のブレーキを制御するブレーキ制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用レーダシステム。
5. 前記衝突危険判定手段又は死角ターゲット衝突危険判定手段が、ターゲットが衝突する危険性があると判定した場合、自車の警報を制御する警報制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車載用レーダシステム。

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