JP2009156705A - 車載レーダ装置の被覆構造 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ装置の性能低下を抑えつつレーダ装置を車両外板に対して斜めに設置する。
【解決手段】車載レーダ装置の被覆構造は、車両に搭載されるレーダ装置と、当該レーダ装置よりも車両の外側に配置される車両外板とを備える。レーダ装置は、ビーム軸が車両外板に垂直な線に対して１０°以上４２°以下、より好ましくは、１０°以上３５°以下の角度となるように取り付けられる。これにより、レーダ装置の角度検出性能および電波透過減衰性能の低下を抑えて、レーダ装置を車両および車両外板に対して斜めに設置することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車載レーダ装置の被覆構造に関し、より特定的には、車両の外板と当該外板の内側に設置される車載レーダとを含む被覆構造に関する。

従来、車両にレーダ装置を取り付け、車両周辺を監視して障害物等を検出する技術が用いられている。特許文献１には、車両に搭載されるレーダ装置が備えるカバー（レドーム）を用いて、アンテナから放射される電磁波（ミリ波）の方位軸を補正する方位軸修正装置が開示されている。具体的には、この方位軸修正装置は、レドームの厚さに変化を付ける（レドームの表面の傾きと裏面の傾きとに変化を付ける）ことによって、電磁波の方位軸を修正するものである。
特開２００１−２２８２３８号公報

一方、車両に搭載されるレーダ装置は、通常、車両の外板（バンパ等）の内側に設置されるので、レーダ装置からの電磁波は外板を透過して車両外部へ放射される。従来のレーダ装置は、車両の正面方向の向きに設置されて車両の正面方向を監視するものがほとんどであり、そのため、レーダ装置は、そのビーム軸が外板面に対して垂直となるように設置される。

これに対して、例えば十字路における衝突を回避することを想定して、レーダ装置を車両の斜め前方の向きに設置することも考えられる。このようにレーダを車両正面方向に対して斜めに設置する場合、レーダ装置のビーム軸が外板面に対して斜めになる。この場合、従来とは異なり、レーダ装置のビーム軸は外板面に対して垂直にならないので、このことが原因でレーダ装置は所望の検知性能を得ることができない可能性がある。なお、車両正面方向に対して斜めに設置されるレーダ装置に合わせて外板の向きを斜めにすることも考えられるが、外板の向きは車両の意匠性に大きく影響するので、外板の向きを変えないことが望ましい。

それ故、本発明の目的は、レーダ装置の性能低下を抑えつつレーダ装置を車両外板に対して斜めに設置することが可能な車載レーダ装置の被覆構造を提供することである。

上記課題を解決すべく、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、車両に搭載されるレーダ装置と、当該レーダ装置よりも車両の外側に配置される車両外板とを備える車載レーダ装置の被覆構造である。レーダ装置は、ビーム軸が車両外板に垂直な線に対して１０°以上４２°以下の角度となるように取り付けられる。また、より好ましくは、１０°以上３５°以下の角度となるように取り付けられる。

第２の発明においては、車両外板は、レーダ装置からのレーダ波の放射方向によって厚さが異なるように構成されてもよい。

第３の発明においては、車両外板の厚さは、車両外板中をレーダ波が通過するときの当該車両外板中におけるレーダ波の経路長に関して、放射方向毎の当該経路長の変化が車両外板の厚さを一定とした場合に比べて小さくなるように設定されてもよい。

第４の発明においては、車両外板は、レーダ装置からのレーダ波の放射方向によって誘電率が異なるように構成されてもよい。

第５の発明においては、車両外板の誘電率は、車両外板中をレーダ波が通過するときに当該車両外板中に含まれるレーダ波の波長数に関して、放射方向毎の当該波長数の変化が車両外板の厚さを一定とした場合に比べて小さくなるように設定されてもよい。

第６の発明においては、レーダ装置は、ビーム軸が車両の斜め前方を向くように取り付けられてもよい。また、第７の発明においては、レーダ装置は、ビーム軸が車両の斜め後方を向くように取り付けられてもよい。

第１の発明によれば、外板に対するレーダ装置の取り付け角を適切な範囲に設定することができるので、レーダ装置の取り付け角が大きすぎることによって角度検出性能が低下すること、および、レーダ装置の取り付け角が小さすぎることによって電波透過減衰性能が低下することを防止することができる。したがって、レーダ装置を斜めに設定する場合においてもレーダ装置の性能低下を抑えることができる。

第２および第３の発明によれば、外板の厚さに変化を付けることによって、外板中におけるレーダ波の経路長を調節することができる。これによって、放射方向毎の経路長を一定に近づけることができるので、レーダ装置の角度検出性能をより向上することができる。

第４および第５の発明によれば、外板の誘電率に変化を付けることによって、外板中に含まれるレーダ波の波長数を調節することができる。これによって、放射方向毎の波長数を一定に近づけることができるので、レーダ装置の角度検出性能をより向上することができる。

第６および第７の発明によれば、レーダ装置を車両に対して斜めに取り付けることができるので、レーダ装置を用いて車両の斜め前方または斜め後方の障害物を検知することが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る車載レーダ装置の被覆構造について説明する。図１は、第１の実施形態に係る被覆構造を有する車両におけるレーダ装置の配置を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る被覆構造は、レーダ装置１ａおよび１ｂと、外板２とからなる。本実施形態に係る被覆構造は、主に車両３の斜め前方を監視する目的でレーダ装置を車両３に設置する場合に、レーダ装置１ａおよび１ｂの性能低下を抑えることを可能とするものである。以下、各部の詳細を説明する。

レーダ装置１ａおよび１ｂは、車両３に搭載され、車両３の周囲に存在する障害物（車両等）を検知する。ここでは、各レーダ装置１ａおよび１ｂは、例えば十字路における衝突のような出会い頭の衝突を想定し、車両３の斜め前方の障害物を検知するために設置されるものである。レーダ装置１ａおよび１ｂとしては、典型的にはミリ波レーダが用いられる。図１に示されるように、各レーダ装置１ａおよび１ｂは、車両３の内部に、車両３の斜め前方の向きに取り付けられる。すなわち、各レーダ装置１ａおよび１ｂは、レーダ装置のビーム軸Ａが車両３の正面方向に対して角度を有するように取り付けられる。具体的には、車両３の右前部に取り付けられるレーダ装置１ａは、ビーム軸Ａが車両の右前方を向くように取り付けられ、車両３の左前部に取り付けられるレーダ装置１ｂは、ビーム軸Ａが車両の左前方を向くように取り付けられる。なお、図１に示す斜線領域は、各レーダ装置１ａおよび１ｂの検知範囲（監視範囲）を表す。なお、以下では、レーダ装置１ａおよび１ｂを特に区別しない場合、いずれかのレーダ装置を「レーダ装置１」と記載する。

なお、本実施形態においては、レーダ装置１が車両３の前部に取り付けるものとして説明を行うが、他の実施形態では、レーダ装置１が取り付けられる位置は、どの位置であってもよく、車両３の側部でもよいし後部でもよい。すなわち、レーダ装置１は、ビーム軸が車両の斜め後方を向くように取り付けられてもよい。

外板２は、レーダ装置１よりも車両の外側に設けられる車体の一部であり、本実施形態では車両３のバンパである。外板２は、レーダ装置１から放射される電磁波を透過する材質であればどのようなものでもよい。なお、本実施形態の「外板」は、車体の一部を構成する部材であり、レーダ装置１自身が備えるアンテナカバー（レドーム）とは異なるものである（レーダ装置１は、アンテナカバーを備えていなくてもよい）。

図２は、第１の実施形態に係る被覆構造の詳細を示す図である。図２は、レーダ装置１と外板２との配置関係を車両３の上方から見た図である。図２において、レーダ装置１のビーム軸Ａと、外板２の面の法線とのなす角を、（外板面に対するレーダ装置の）取り付け角（α）と呼ぶ。なお、上記法線は、厳密には、レーダ装置１のビーム軸Ａと外板２の表面（外側の面）との交点における法線である。図１に示すようにレーダ装置１を車両正面に対して斜めに取り付ける場合、車両３の意匠性等を考慮すれば、レーダ装置１のビーム軸Ａが外板２の面に対して垂直となる（α＝０°）ように構成することは困難であり、通常は、ビーム軸Ａの方向は外板２の面に垂直な方向ではなくなる。なお、図２において、角度βは、レーダ装置１の検知範囲を示す（水平方向の）視野角である。レーダ装置１の視野角βは、通常２０°〜４０°程度である。なお、第１の実施形態では、レーダ装置１の検知範囲に関して外板２は平板であるとして説明を行うが、外板２は曲面であることが一般的であり、外板２は曲面であってもよい。また、第１の実施形態では外板２の厚さは一定である。

図２に示すように、取り付け角αが０°でない場合には、０°となる場合に比べると、レーダ装置１の検出角度の精度が変化すると考えられる。具体的には、取り付け角αが０°である場合には、レーダ装置１から見れば外板２はビーム軸Ａに関して対称に配置されることになる一方、取り付け角αが０°でない場合には、外板２はビーム軸Ａに関して対称に配置されていない。そのため、外板２内におけるレーダ波（ミリ波）の経路長は、レーダ装置１のビーム軸Ａの両側において異なる値になる。例えば、図２では、外板２とレーダ装置１との間隔が最も近い経路中における、外板２内の経路長Ｌ１は、外板２とレーダ装置１との間隔が最も遠い経路中における、外板２内の経路長Ｌ２とは異なる長さであり、経路長Ｌ２に比べて短くなる。このような放射方向毎の経路長の変化が原因で、取り付け角αが０°でない場合には、レーダ装置１の角度検出精度（すなわち、角度検出性能）に影響が出ると考えられる。

また、取り付け角αが０°でない場合には、０°となる場合に比べると、各放射方向におけるレーダ装置１の受信波の減衰量も変化すると考えられる。すなわち、取り付け角αが０°でない場合には外板２はビーム軸Ａに関して対称に配置されていないので、レーダ装置１から放射されたミリ波の外板２における入射角は、ビーム軸Ａの両側で異なる値となる。例えば、図２では、外板２とレーダ装置１との間隔が最も近い経路におけるミリ波の（外板２への）入射角θ１は、外板２とレーダ装置１との間隔が最も遠い経路におけるミリ波の入射角θ２とは異なる値であり、入射角θ２に比べて小さくなる。このような入射角の違いのため、各方向における受信波の減衰量（すなわち、電波透過減衰性能）に影響が出ると考えられる。

以上のように、取り付け角αが０°でない場合には、０°となる場合に比べてレーダ装置１の性能に変化が生じると考えられる。そこで、出願人は、取り付け角θ１を変えたときのレーダ装置１の角度検出性能（角度誤差）がどのようになるかについて実験を行った。図３は、取り付け角αと角度誤差との関係を示す図である。図３において、縦軸は角度誤差（本来得られるべき角度の値と、実際に検出された角度の値との差）を示し、横軸は放射角度（ビーム軸の方向を０°とした電波の放射角度）を示す。また、図３（ａ）は、取り付け角α＝０°のときのグラフであり、図３（ｂ）は、取り付け角α＝１０°のときのグラフであり、図３（ｃ）は、取り付け角α＝２０°のときのグラフであり、図３（ｄ）は、取り付け角α＝３５°のときのグラフであり、図３（ｅ）は、取り付け角α＝５０°のときのグラフである。なお、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す点線は、角度誤差の許容範囲の目安を示しており、ここでは、放射角度が０°付近を除いては、角度誤差の許容範囲は±０．５°と想定している。図３に示されるように、角度誤差は、放射角度が推移するにつれて角度誤差が増減を繰り返すように変化している。このような変化は取り付け角αが２０°以上の場合に顕著である。

図４は、取り付け角αと、角度誤差の最大偏差と、減衰量との関係を示す図である。図４において、縦軸は最大偏差または減衰量を示し、横軸は取り付け角αを示す。ここで、本明細書における最大偏差とは、図３に示す角度誤差の最大値と最小値との差である。図４に示すグラフａは、取り付け角αと角度誤差の最大偏差との関係を表している。図３（ａ）〜図３（ｅ）および図４に示すグラフａからわかるように、取り付け角αが０°≦α≦２０°の範囲では、最大偏差は０．５°以下の値となる。また、取り付け角αが０°≦α≦３５°の範囲では、最大偏差は１．０°以下の値となる。また、取り付け角αが５０°の場合、最大偏差は１°以上となっている。したがって、図３および図４に示すグラフから、角度誤差の増減の幅（最大偏差）は、取り付け角αが大きくなるほど大きくなる傾向が読みとれる。これは、外板２内における経路長がビーム軸の両側で異なり、取り付け角αが大きくなるほど、両側における経路長の差が大きくなることが原因であると考えられる。

一方、図４に示すグラフｂは、取り付け角αと減衰量との関係を表している。図４に示すグラフｂにおいて、減衰量は、取り付け角αが大きくなるほど減衰量が小さくなる傾向が読みとれる。これは、取り付け角αが大きくなるほど、外板２で反射するミリ波の成分の影響が小さくなるためであると考えられる。すなわち、取り付け角αが０°に近いほど、外板２で反射したミリ波の成分のうちでレーダ装置１で受信される成分（反射波）が大きくなり、当該反射波によって減衰量が大きくなると考えられる。

図４に示すグラフａおよびｂからわかるように、角度誤差および減衰量の両方を考慮すれば、取り付け角αは大きすぎず、かつ、小さすぎない範囲にすることが好ましい。具体的には、取り付け角αは、１０°以上かつ４２°以下にすることが好ましい。取り付け角αを１０°以上にすることによって、減衰量を０°の場合と比べて小さくすることができ、また、取り付け角αを１０°にすることによって角度誤差の最大偏差を最小にすることができるからである。また、グラフａから、取り付け角αが約４２°のときに角度誤差の最大偏差は１°となると推測されるので、取り付け角αを４２°以下にすれば、角度誤差を１°以下にすることができるからである。さらに言えば、取り付け角αを１０°以上かつ３５°以下にすれば、角度誤差の最大偏差を最大で０．６°程度に抑えることができるとともに、減衰量も最大で１．５［ｄＢ］程度に抑えることができ、より好ましいと考えられる。

以上のように、本実施形態によれば、車両の外板２に対してレーダ装置１を、取り付け角αが１０°以上４２°以下（より好ましくは、１０°以上３５°以下）の範囲で取り付ける。これによって、レーダ装置１の角度誤差および減衰量を最小限に抑えつつ、外板２に対してレーダ装置１を斜めに取り付けることができる。すなわち、本実施形態によれば、レーダ装置を車両および外板に対して斜めに設定する場合におけるレーダ装置の性能低下を抑えることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る車載レーダ装置の被覆構造について説明する。上記第１の実施形態では、外板に対するレーダ装置の取り付け角を最適な角度とすることにより、レーダ装置の性能低下を抑制した。これに対して、第２の実施形態では、レーダ装置の取り付け角に加えて、外板の形状を工夫することによって、レーダ装置の性能低下をより向上することを目的としたものである。

図５は、放射角度と外板中における経路長との関係を取り付け角毎に示した図である。図５において、縦軸は経路長（レーダ波の半波長の長さを１としたときの長さで表している）を示し、横軸は放射角度（ビーム軸の方向を０°とした電波の放射角度）を示す。ここで、一般的には、外板２内のレーダ波の経路長は、レーダ波の半波長の整数倍となることが好ましいことが知られている。経路長がレーダ波の半波長の整数倍となる場合には、（外板２での）反射波の影響が小さくなるからである。図５では、外板２に対するレーダ装置１の取り付け角αが０°のときに放射角度が０°の向きにおいて経路長がレーダ波の半波長の整数倍とすべく、外板２の厚さを３．６［ｍｍ］としている。

図５に示すグラフａは、取り付け角α＝０°のときの放射角度と外板中における経路長との関係を表し、グラフｂは取り付け角α＝１０°のときの上記関係を表し、グラフｃは取り付け角α＝２０°のときの上記関係を表し、グラフｄは取り付け角α＝３５°のときの上記関係を表し、グラフｅは取り付け角α＝５０°のときの上記関係を表す。図５に示されるグラフａ〜ｅから明らかなように、取り付け角α＝０°の場合に最適となる厚さ（図５では、レーダ波の半波長の３．００倍）に設定したとしても、取り付け角αが大きくなるほど、経路長はレーダ波の半波長の整数倍から離れた値となる。また、取り付け角αが大きくなるほど、放射方向（放射角度）の違いによる経路長の変化（差）が大きくなっていることがわかる。この経路長の変化により、上記第１の実施形態で述べたように、角度検出性能が悪化すると考えられる。

そこで、第２の実施形態では、放射角度が変化しても外板２中での経路長ができるだけ変化しないように、外板２の厚さを放射方向（放射角度）に応じて変化させる。図６は、第２の実施形態に係る被覆構造の詳細を示す図である。図６は、レーダ装置１と外板２との配置関係を車両３の上方から見た図である。

図６に示されるように、第２の実施形態における外板２は、平板ではなく、レーダ装置１の放射方向によって厚さが異なるように構成される。具体的には、外板２の厚さは、レーダ装置１から外板２までの距離が近い部分ほど厚さが厚くなるように構成される。より具体的には、外板２の厚さは、各放射方向における経路長ができるだけ一定となるように（放射方向の変化による経路長の変化が、板厚一定とした場合に比べて小さくなるように）設定される。また、外板２の厚さは、各放射方向における経路長がレーダ波の半波長の整数倍となるように設定される。このように、各放射方向において経路長ができるだけ一定となるように外板２の厚さに変化を付けることによって、放射方向の違いによる経路長の変化を小さくすることができ、レーダ装置１の角度検出性能を向上することができる。また、各放射方向における経路長がレーダ波の半波長の整数倍となるようにすることによって、外板２での反射波の影響を小さくすることができ、減衰量をより小さくすることができる。なお、第２の実施形態において、外板２の厚さに変化を付ける部分は、レーダ装置１がレーダ波を放射する範囲内のみでよく、その範囲外の部分については厚さを一定としてよい。

図７は、第２の実施形態における、放射角度と外板中における経路長との関係を示す図である。図７において、縦軸は経路長（レーダ波の半波長の長さを１としたときの長さで表している）を示し、横軸は放射角度を示す。図７に示すグラフａは、第２の実施形態における上記関係を表している。図７では、外板２に対するレーダ装置１の取り付け角αはα＝２５°である。なお、図７に示すグラフｂは、図５に示すグラフｃと同じグラフである。図７に示すグラフａから明らかなように、第２の実施形態によれば、外板２の厚さに変化を付けることにより、放射角度が変化しても、外板２中の経路長をレーダ波の半波長のほぼ整数倍（図７では３．００倍）とすることができ、板厚一定の場合であるグラフｂに比べて、放射方向毎の経路長の変化を小さくすることができることがわかる。

なお、外板２の厚さを放射方向に応じて変化させる点以外は、第２の実施形態における被服構造は第１の実施形態と同様である。したがって、図６においても、レーダ装置１の取り付け角αは、１０°〜４２°とすることが好ましい。

以上のように、第２の実施形態によれば、外板２の厚さに変化を付けることによって、外板２中における経路長を各方向において一定に近づけることができる。これによって、レーダ装置１の角度検出性能および電波透過減衰性能をより向上することができる。

図８は、第２の実施形態の変形例における被覆構造を示す図である。上記第２の実施形態では、外板２の厚さを連続的に変化させるものとしたが、図８に示されるように、外板２の厚さを段階的に変化させる構成であってもよい。また、上記第２の実施形態または変形例において示した外板２は、一体成形により作成されてもよいし、平板状の外板２に別部材を張り合わせることによって作成されてもよい。

また、上記第２の実施形態では、外板２の厚さを放射方向に応じて変化させるようにしたが、他の実施形態においては、外板２の誘電率を放射方向に応じて変化させるようにしてもよい。すなわち、外板２中におけるレーダ波の波長数が一定に近づくように（放射方向の変化による波長数の変化が外板の厚さを一定とした場合に比べて小さくなるように）、外板２の誘電率を放射方向に応じて変化させるようにしてもよい。さらに、外板２中におけるレーダ波の波長数がレーダ波の半波長の整数倍となるように、外板２の誘電率を放射方向に応じて変化させるようにしてもよい。これによれば、外板２の厚さに変化を付ける場合と同様の効果を得ることができる。つまり、レーダ装置１の角度検出性能および電波透過減衰性能をより向上することができる。なお、外板２の誘電率に変化を付ける場合、誘電率の異なる複数の部材を組み合わせることによって外板２を構成してもよいし（この場合、誘電率は段階的に変化する）、誘電率が連続的に変化するように外板２を形成してもよい。

以上のように、本発明は、レーダ装置の性能低下を抑えつつレーダ装置を車両外板に対して斜めに設置すること等を目的として、例えば車載レーダ装置の被覆構造として利用することが可能である。

第１の実施形態に係る被覆構造を有する車両におけるレーダ装置の配置を示す図 第１の実施形態に係る被覆構造の詳細を示す図 取り付け角αと角度誤差との関係を示す図 取り付け角αと、角度誤差の最大偏差と、減衰量との関係を示す図 放射角度と外板中における経路長との関係を取り付け角毎に示した図 第２の実施形態に係る被覆構造の詳細を示す図 第２の実施形態における、放射角度と外板中における経路長との関係を示す図 第２の実施形態の変形例における被覆構造を示す図

符号の説明

１ａ、１ｂ レーダ装置
２ 外板
３ 車両

Claims (7)

1. 車両に搭載されるレーダ装置と、当該レーダ装置よりも車両の外側に配置される車両外板とを備える車載レーダ装置の被覆構造であって、
   前記レーダ装置は、ビーム軸が前記車両外板に垂直な線に対して１０°以上４２°以下の角度となるように取り付けられる、車載レーダ装置の被覆構造。
2. 前記車両外板は、前記レーダ装置からのレーダ波の放射方向によって厚さが異なっている、請求項１に記載の車載レーダ装置の被覆構造。
3. 前記車両外板の厚さは、前記車両外板中をレーダ波が通過するときの当該車両外板中におけるレーダ波の経路長に関して、放射方向毎の当該経路長の変化が車両外板の厚さを一定とした場合に比べて小さくなるように設定される、請求項２に記載の車載レーダ装置の被覆構造。
4. 前記車両外板は、前記レーダ装置からのレーダ波の放射方向によって誘電率が異なっている、請求項１に記載の車載レーダ装置の被覆構造。
5. 前記車両外板の誘電率は、前記車両外板中をレーダ波が通過するときに当該車両外板中に含まれるレーダ波の波長数に関して、放射方向毎の当該波長数の変化が車両外板の厚さを一定とした場合に比べて小さくなるように設定される、請求項４に記載の車載レーダ装置の被覆構造。
6. 前記レーダ装置は、ビーム軸が車両の斜め前方を向くように取り付けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車載レーダ装置の被覆構造。
7. 前記レーダ装置は、ビーム軸が車両の斜め後方を向くように取り付けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車載レーダ装置の被覆構造。

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