JP2011122876A - 障害物検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】障害物検出装置において、波動を用いる方法のみで障害物を適切に検出できるようにすることである。
【解決手段】車両に搭載される障害物検出装置20は、従来から車両搭載用障害物検知用として用いられているFM−CWレーダを基本構成とし、制御部50の1次判断モジュール52において対象物の有無を判断する。対象物が有ると判断されると受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得して受信パワー時系列データとし、これを対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較して、対象物が路上障害物が否かの判断を2次判断モジュール54において行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、障害物検出装置に係り、特に波動を送信し、対象物からの反射波を受信して障害物を検出する障害物検出装置に関する。

車両が走行するときに、走行経路上に障害物があることを検出するためにFM−CWレーダ等が用いられる。障害物には、他の走行する車両が含まれ、したがって、障害物検出には、車間距離の検出等の機能も含まれる。周波数変調された連続波レーダ(FM−CWレーダ)を用いることで、障害物までの距離と障害物の相対速度を検出することができるが、FM−CWレーダは波動を用いるために、いくつかの問題がある。1つは、車両の走行範囲よりも上方にある物体も障害物として検出する可能性があることである。もう1つは、路面上の物体で車両の走行には支障のない板や水溜りを障害物として検出する可能性があることである。

たとえば、特許文献1には、路面反射板や路面上方構造物を障害物として判断しない障害物検出装置である先行車両検出装置において、上方照射波と下方照射波とが一部重なり合うように照射波を照射し、上方照射波と下方照射波のそれぞれの反射波強度から照射波が反射した物体の種類を判定することが述べられている。

また、特許文献2には、路上の水溜りによる虚像と実際の障害物とを識別する車両用障害物検出装置として、画像処理による対象物までの距離とレーダ測距による対象物までの距離に基づき、対象物の単位時間当たりの移動量を画像処理とレーダ測距とにより算出し、算出された2つの移動量が一致しないときに対象物を障害物でないと判断することが述べられている。

また、特許文献3には、路面反射などのゴーストデータを識別できるレーダ装置として、レーダ検知した受信電力強度と距離等の情報から被測定物の大きさを算出し、レーダ検出範囲内において被測定物の方位角度に応じてレーダ検出する被測定物の大きさの閾値としてレーダ反射断面積(RCS)について予めRCS閾値を設定し、このRCS閾値以下となると検出物を不要物として判断することが述べられている。

特開2006−98220号公報 特開2003−252147号公報 特開2004−239744号公報

このように、従来技術において、実際には障害物でないのに障害物として検出する可能性のあるものを排除する工夫がなされている。特許文献1の方法では、路上障害物、空中障害物を判別できるが、そのために何らかの可動式照明と撮像素子を必要とする。特許文献2の方法では水溜り等の虚像と実際の障害物とを識別できるが、路上鉄板などの路上不要物であって虚像でないものは、そのまま障害物とする。また、撮像素子と画像処理が必要となる。特許文献3の方法によればRCSによってゴーストデータと本来の車両ピークとを区別できるが、反射率のよい鉄板等のように車両とRCSが近い障害物を区別できない。

上記のように、従来技術では、障害物を検出するのにレーダ等の波動を用いる方法では障害物でないものも障害物とすることがあり、これを避けるため、特許文献1,2に説明されるように他の検出方法を併用しているのが現状である。

本発明の目的は、波動を用いる方法のみで障害物を適切に検出することができる障害物検出装置を提供することである。

本発明は、従来技術で用いられるFM−CWレーダが対象物の位置と速度を求めるものであったが、その受信電力の時系列データを調べてみると、波動の位相干渉によってピークが生じ、そのピークの出方が対象物の路上からの高さに依存することを見出したことに基づくものである。以下の手段は、この知見を具体化するものである。

すなわち、本発明に係る障害物検出装置は、波動を送信し、対象物からの受信波を受信して、送信波と受信波との比較に基づいて対象物の有無を判断する1次判断手段と、1次判断手段によって対象物が有ると判断されたときに、受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得し、時系列に沿って受信パワー時系列データとして記憶する記憶手段と、受信パワー時系列データの時系列変化パターンを、対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較し、閾値範囲パターン以内か否かを判断する2次判断手段と、2次判断手段において、時系列変化パターンが閾値範囲内であるときに、対象物が障害物であるとしてその旨を出力する検出出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る障害物検出装置において、2次判断手段は、時系列変化パターンとして、受信パワー時系列データにおいて予め設定された所定判断期間内にある受信パワーの減少側ピーク数を検出ピーク数としてこれを用い、閾値範囲パターンとして、予め定めた検出ピーク数の閾値範囲を用いて、検出ピーク数が閾値範囲内か否かを判断することが好ましい。

また、本発明に係る障害物検出装置において、2次判断手段は、対象物の路上からの高さと検出ピーク数との関係を予め求めておき、予め設定された対象物検出高さ範囲に対応する検出ピーク数の範囲を検出ピーク数の閾値範囲として設定し、この設定に基づいて2次判断を行うことが好ましい。

また、本発明に係る障害物検出装置において、2次判断手段は、時系列変化パターンとして、受信パワー時系列データにおいて受信パワーの減少側ピークの最大の減少値を検出ピーク値としてこれを用い、閾値範囲パターンとして、予め定めた検出ピーク値の閾値範囲を用いて、検出ピーク値が閾値範囲内か否かを判断することが好ましい。

また、本発明に係る障害物検出装置において、1次判断手段は、FM−CWレーダを用いて対象物の有無を判断することが好ましい。

上記構成により、障害物検出装置は、従来から知られている波動を送信し対象物からの受信波を受信し送信波と受信波との比較に基づいて対象物の有無を判断する1次判断手段を備える他に、1次判断手段によって対象物が有ると判断されたときに、受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得し、時系列に沿って受信パワー時系列データとして記憶し、受信パワー時系列データの時系列変化パターンを、対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較して、閾値範囲パターン以内か否かを判断する2次判断手段を備える。そして、2次判断手段において、時系列変化パターンが閾値範囲内であるときに、対象物が障害物であるとしてその旨を出力する。

したがって、波動を用いる方法のみで、信号処理によって、例えば、対象物の路上からの高さについて障害物か否かの観点から閾値範囲パターンを設定することで、1次判断手段では区別できないような障害物を適切に区別して検出できる。

また、障害物検出装置の2次判断手段は、受信パワー時系列データにおいて予め設定された所定判断期間内にある受信パワーの減少側ピーク数を検出ピーク数とし、検出ピーク数が予め定めた検出ピーク数の閾値範囲内か否かを判断する。対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉は、受信パワーの減少側ピークの間隔の変化に現れるので、これを用いて、障害物を適切に区別して検出できる。

また、障害物検出装置の2次判断手段は、対象物の路上からの高さと検出ピーク数との関係を予め求めておき、これに基づいて2次判断を行うので、路上からの高さによって障害物かそれ以外かの区別を適切に行うことができる。

また、障害物検出装置の2次判断手段は、受信パワー時系列データにおいて受信パワーの減少側ピークの最大の減少値を検出ピーク値とし、検出ピーク値が検出ピーク値の閾値範囲内か否かを判断する。対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉は、受信パワーの減少側ピークの最大値の変化に現れるので、これを用いて、障害物を適切に区別して検出できる。

また、障害物検出装置において、1次判断手段は、FM−CWレーダを用いるので、従来技術として実績のある手段をそのまま利用できる。

本発明に係る実施の形態の障害物検出装置が車両に搭載され、障害物を検出する様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の障害物検出装置の構成を説明する図である。 FM−CWレーダによる対象物までの距離と相対速度の検出原理を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の障害物検出装置における想定環境条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の障害物検出装置において、車両が停止している対象物に向かってゆく状況を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の障害物検出装置において、受信電力の時系列データの例を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、閾値範囲の例を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、障害物検出の手順を示すフローチャートである。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、1次判断手段としてFM−CWレーダを用いるものとして説明するが、これ以外の波動信号の送受信を1次判断手段として用い、その受信パワーの時系列データを処理して2次判断するものとできる。例えば任意に設定された波長を有する連続波レーダを用いることができ、また、パルス信号の連続的な送受信を1次判断手段として用いるものとしてよい。

また、以下では車両に搭載される障害物検出装置を説明するが、車両以外の移動物体に搭載するものとしてもよく、場合によっては固定的に設置された障害物検出装置を用いて移動物体の検出を行うものとしてもよい。なお、以下で述べる数値等は説明のための1例であって、障害物検出装置の仕様等に応じ適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図1は、車両に搭載される障害物検出装置20が障害物を検出する様子を説明する図である。障害物検出装置20は、車両18の前方側に搭載されるFM−CWレーダ形式の対象物検知装置で、ここでは、車両18が道路10を走行する際に走行の障害物となるものがあるときに警報等の適当な出力を行ってユーザに知らせる機能を有する。

図1には、障害物検出装置20の検出対象物となりそうな3種類の対象物が例示的に示されている。すなわち、1つは、道路10の上にある路上障害物12で、車両18が走行するときに衝突して走行の妨げとなるものである。したがって、路上障害物12は、車両の走行方向に垂直な断面に少なくとも1部が接触する高さ位置と大きさとを有する物体である。他の2つは車両18の走行に妨げとならないもので、1つは、その高さ位置が車両の最高高さよりも十分に高い空中対象物14である。もう1つは路面上の鉄板等の路面上対象物16である。

障害物検出装置20は、FM−CWのミリ波波動を送信し、対象物からの受信波を受信して、送信波30と受信波32との比較に基づいて対象物の有無を判断し、さらに、その対象物の中で、路上障害物12か空中対象物14か路面上対象物16かを判断し、路上障害物12のときに警報等の適当な出力を発行する機能を有する。

図2は、障害物検出装置20の構成を説明する図である。障害物検出装置20は、従来から車両搭載用障害物検知用として用いられているFM−CWレーダを基本構成とし、それに適当な信号処理を追加することで、路上障害物12を適切に検出できるようにしたものである。

図2において、連続波に対し周波数変調を行うための変調器22、連続波を生成する発振器24、発振器24からの出力を2つに分配する電力分配機能を有する方向性結合器26、送信波を対象物に対し放射送信する送信アンテナ28、対象物からの反射波を受け止めて受信する受信アンテナ34、受信信号と方向性結合器26から分配されてくる送信信号とを混合してビート周波数信号を生成するミキサ36、高調波ノイズを除去するローパスフィルタ(LPF)、信号処理のためにアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器40は、従来から知られているFM−CWレーダと同様の構成である。なお、送信アンテナ28、受信アンテナ34は、斜め45°の直線偏波アンテナである。これらの作用については図3を用いて後述する。

制御部50は、A/D変換器40のディジタル信号を処理し、対象物の有無の判断と、対象物が有るときにその対象物が路上障害物12であるか否かを判断し、警報等の適当な検出出力を発行する機能を有する。

制御部50は、従来から知られているFM−CWレーダの機能に基いて対象物の有無を判断する1次判断モジュール52を備える。さらに、1次判断モジュール52によって対象物が有ると判断されたときに、受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得し、時系列に沿って受信パワー時系列データとして並べてその時系列変化パターンを、対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較し、閾値範囲パターン以内か否かを判断する2次判断モジュール54を備える。そして、2次判断モジュール54において、時系列変化パターンが閾値範囲内であるときに、対象物が路上障害物12であるとしてその旨を出力する検出出力手段を備える。

かかる機能はソフトウェアによって実現され、具体的には、対応する障害物検出プログラムを実行することで実現できる。なお、上記の機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

また、制御部50に接続される一時記憶メモリ60は、上記の受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得し、時系列に沿って並べて受信パワー時系列データ62として一時記憶する機能を有する。

また、制御部50に接続される記憶部70は、制御部50で実行されるプログラムを格納するほか、ここでは、2次判断モジュール54で用いられる閾値範囲パターンとして、検出ピーク数閾値範囲データ72と、検出ピーク値閾値範囲データ74を記憶する機能を有する。

かかる制御部50と一時記憶メモリ60と記憶部70とは、信号処理に適した制御装置で構成でき、例えば車両搭載に適したコンピュータを用いることができる。なお、1次判断モジュール52は後述のようにフーリエ周波数解析機能を有するので、場合によっては、信号処理機能を有するコンピュータと別に高速フーリエ変換装置(FFT装置)等を設け、これらをあわせて制御部50を構成することができる。

ここで、1次判断モジュール52と2次判断モジュール54の機能を、図3から図6を用いて詳細に説明する。

図3は、1次判断モジュール52の機能を説明するために、横軸に時間をとり、縦軸に送受信信号とビート周波数信号をとり、これらの信号の時間変化を対応付けた図である。ここで、上段には、送信アンテナ28から送信される送信波の周波数ft(t)と、受信アンテナ34によって受信される受信波の周波数fr(t)が示されている。

図1で説明したように発振器24は、変調器22で周波数変調されるが、ここでは、三角波で周波数変調されるものとしているので、送信波の周波数ft(t)、受信波の周波数fr(t)が発振器24の発振周波数f0を中心に三角波状に周期的に変化している様子が示される。ここで、TはFM変調周期、βはFM変調幅であり、τは送信波と受信波との間の時間遅れである。

図3下段は、ローパスフィルタ38の出力波形で、ここでは、ミキサ36によって混合された送信波と受信波とで生成された合成波であるビート周波数信号の様子が示される。このように、ビート周波数信号は、ドップラ効果によって、FM変調周期であるTの間に、周波数faと周波数fbの2つの周波数が繰り返されるビート波形となる。ここで,障害物検出装置20から対象物までの距離をR、障害物検出装置20を基準とする対象物の相対速度をV、光速をcとすると、よく知られているように、周波数faとfbは次の式で表される。
a=(4β/Tc)R+(2f0/c)V
b=(4β/Tc)R−(2f0/c)V

したがって、fa,fbをFFT等の適当なフーリエ周波数解析手段で得ることで、RとVを知ることができる。このようにして、FM−CWレーダを用いて、対象物までの距離と、対象物の相対速度が検出でき、これによって対象物の有無を検出することができる。上記では、単に対象物の有無を判断するだけであるので、このようにして判断された対象物には路上障害物12のほかに空中対象物14、路面上対象物16が含まれている可能性がある。そこで図4から図6を用いて2次判断モジュール54の機能について説明する。

図4は、障害物検出装置20における想定環境条件を説明する図である。ここでは、対象物13があるときに、道路10に関係なしに、これを直接検出する場合のほかに、道路10による反射の影響を受けながら対象物13を検出する場合を考える。ここで対象物13の高さが車両18の高さより十分高いときは空中対象物14に対応し、高さがゼロに近いときは、路面上対象物16に対応し、高さが障害物検出装置20の高さ近傍であるときは路上障害物12に対応することになるが、ここでは高さがどの程度かを考えないで、一般的な対象物13として考える。

反射は、障害物検出装置20と対象物13との中間において生じるので、障害物検出装置20と対象物13との間のちょうど中間の位置で反射が起こるときにもっとも対象物13の検出に対する影響が大きいと考えられる。そこで、図4では、障害物検出装置20から対象物13までの距離をRとして、道路10のR/2の位置17で反射が生じるものとしてある。このとき、対象物13の道路10に対する鏡像15が、障害物検出装置20から道路10のR/2の位置17に向かって直進してさらにR/2進んだところに結ばれるので、あたかも、障害物検出装置20から道路10のR/2の位置17に向かって直進した波動が仮想的に鏡像15で反射して戻るような関係となる。

このような場合で、障害物検出装置20から送信された波動が対象物13から反射されてくる経路は、次の4つがある。

第1は、障害物検出装置20から対象物13に直接当って、再び障害物検出装置20に直接戻ってくる1回反射の第1経路である。図4で説明すると、障害物検出装置20−対象物13−障害物検出装置20の経路が第1経路である。

第2は、障害物検出装置20から対象物13に直接当って反射し、一旦道路10に当ってから障害物検出装置20に戻ってくる2回反射の第2経路である。図4で説明すると、障害物検出装置20−対象物13−道路10の反射位置17−障害物検出装置20の経路が第2経路である。

第3は、障害物検出装置20から一旦道路に当ってから対象物13に当って反射し、ここから障害物検出装置20に直接戻ってくる2回反射の第3経路である。図4で説明すると、障害物検出装置20−道路10の反射位置17−対象物13−障害物検出装置20の経路が第3経路である。

第4は、障害物検出装置20から一旦道路に当ってから対象物13に当って反射し、ここから再び道路に当ってから障害物検出装置20に戻ってくる3回反射の第4経路である。図4で説明すると、障害物検出装置20−道路10の反射位置17−対象物13−道路10の反射位置17−障害物検出装置20の経路が第4経路である。この経路は、見方によっては、障害物検出装置20−鏡像15−障害物検出装置20と同じと考えることができる。

この4つの経路のうち、第2経路と第3経路とは、受信アンテナ34の偏波面が受信波の偏波面が直交するため、交差偏波識別によって受信パワーであるカットされるので、受信電力を考えるときは無視できる。したがって、受信電力は第1経路によるものと第4経路によるものを考えればよいことになる。

第1経路における受信パワーである受信電力は式(1),(2)で表すことができる。

ここでPr1は第1経路の受信電力、Ptは送信電力、Gは送受信利得、λは波長、σはRCS、Rは上記のように対象物までの距離である。Sr1は、第1経路の受信電力の時間変化を示す受信電力信号、f1は第1経路のビート周波数である。ビート周波数は上記のように、対象物までの距離Rと対象物の相対速度Vと時刻tで定まる。

また、第4経路における受信パワーである受信電力は式(3),(4),(5)で表すことができる。

ここでPr2は第4経路の受信電力、Ptは送信電力、Aは路面反射係数、Gは送受信利得、λは波長、σはRCS、Rは対象物までの距離、hは対象物の道路10からの高さである。このとき、レーダと対象物の高さが等しい場合を想定したが、高さが異なる場合でも問題はない。Sr2は、第4経路の受信電力の時間変化を示す受信電力信号、f2は第4経路のビート周波数、φは直接反射経路である第1経路と路面反射経路である第4経路の間の位相差であり、cはミリ波伝播速度である。なお、ビート周波数は上記のように、対象物までの距離と対象物の相対速度と時刻tで定まるが、ここでは対象物は、見かけの鏡像15と考えることになる。

式(2)と式(4)を合成することで、受信電力信号における第1経路と第4経路との間の位相干渉を式(6)で表すことができる。

この式に基いて計算を行った例を以下に示す。計算のモデルとしては、図5に示す状況を用いた。ここでは、車両18が停止している対象物13に向かってゆく状況を説明する図である。車両18の速度は20km/hとし、障害物検出装置20から対象物13までの距離R=60mとして、対象物13の道路10からの高さhをパラメータとした。上記のように、hが車両の高さより十分高いときは空中対象物14に相当し、hがゼロに近いと路面上対象物16に相当することになる。

図6は、対象物13の道路10からの高さhを変化させたときの受信電力信号の時間変化について、式(6)を用いて計算した結果を示す図である。横軸は時間、縦軸は受信電力の大きさである。横軸、縦軸は適当な規格化を行ってある。なお、横軸の時間は、図5のモデルで車両18が対象物13に向かって走行しているので、障害物検出装置20と対象物13との間の距離が60mから次第に短くなる距離の変化に対応していることになる。

図6では、対象物13の道路10からの高さhを、0m、0.2m、0.6m、1.0mと変化させてある。h=0mは、道路面であり、例えば鉄板が敷設されている道路10のように、路面上対象物16が存在する場合に相当する。h=0.6mは、ここでは障害物検出装置が車両に搭載されたときの道路10からの高さを想定してあり、この高さの対象物13が、障害物検出装置20にとって路上障害物12として検出すべき対象となる。h=0.2mとh=1.0mは、このh=0.6mからFM−CWレーダの指向性を考えて、路上障害物12として検出されるべき限界の高さとして想定してある。

図6によれば、受信電力時系列データは、対象物の路上からの高さに依存して、それぞれ互い相違する時系列変化パターンを有する。図6に示されるように、h=0mを除いて、受信電力時系列データの時系列変化パターンは、受信電力が減衰して減少するピークを周期的に有する。この受信電力が減少するピークを受信パワーの減少側ピークと呼ぶことにすれば、受信パワーの減少側ピークとは、受信パワーの時系列変化データにおいて、時間経過とともに受信パワーが減少して極小点を有し、そこから再び時間経過とともに受信パワーが増大する特性の受信パワー減少側に凸の変極点である。

この時系列変化パターンにおいて受信パワーの減少側ピークは、式(6)に示されるように、波動の位相干渉に基づくものであり、特に、第1経路の受信電力信号と第4経路の受信電力信号が互いに逆位相になることで、この電力減衰が生じる。このように、図6の結果からは、波動の位相干渉、特に電力減衰は、対象物13の道路10からの高さに依存して変化するものであることがわかる。

例えば、h=0.2m,0.6m,1.0mの時系列変化パターンが、受信電力が低下するピークである受信パワーの減少側ピークが周期的に繰り返すものであるのに対し、h=0mの時系列変化パターンは、受信電力が低下するピークがほとんど見られない。このことから、路面上対象物16が存在するときは、時系列変化パターンにおいて受信パワーの減少側ピークがなくなることがわかる。換言すれば、路上障害物12があるときは、受信パワーの減少側ピークが現れることになる。したがって、受信パワーの減少側ピークの有無によって、対象物13が路上障害物12か否かが判断できる。

また、図6によれば、電力減衰を示す受信パワーの減少側ピークの大きさAは、路上障害物となる対象物の高さhが小さくて低くなるほど絶対値が大きくなることが示される。これは、hが小さくなるほど、第1経路におけるビート周波数と、第4経路のビート周波数とが接近するため、電波干渉が大きくなるためと考えることができる。

また、図6によれば、受信パワーの減少側ピークの周期Bは、路上障害物となる対象物の高さhが大きくて高くなるほど、短い周期となることが示される。これは、第1経路における伝播経路長と、第4経路における伝播経路長との差が大きくなり、位相の回転が速くなるためと考えることができる。

図6の結果から、受信パワー時系列データの時系列変化パターンを、対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較し、閾値範囲パターン以内か否かを判断することができる。制御部50の2次判断モジュール54は、そのような判断を行う機能を有する。

閾値範囲パターンとしては、対象物13の道路10からの高さhが、障害物検出装置20の高さと同じのときの受信パワー時系列データの時系列変化パターンを用いることができる。この閾値範囲パターンは、車両18に対する対象物13の相対速度V、車両18と対象物13との間の距離Rで定めることができるが、簡単には、予め相対速度Vと距離R
を予め標準状態として定め、その標準状態における受信パワー時系列データの時系列変化パターンである標準閾値範囲パターンを用いるものとできる。例えば、図5のモデルで示したV=20km/h、R=60mを標準状態とできる。その場合には、図6の実線の受信電力時系列データの時系列変化パターンが閾値範囲パターンとなる。

閾値範囲パターンを用いての判断基準は次のものとすることができる。(1)電力減衰である受信パワーの減少側ピークが閾値パターンよりも大きく減衰している場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さよりも低い。(2)電力減衰が閾値パターンよりも小さい減衰量である場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さよりも高い。(3)電力減衰が閾値パターンとほぼ同じである場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さとほぼ同じ。

また、(4)位相干渉周期である受信パワーの減少側ピークの周期が閾値パターンの周期よりも長い場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さよりも低い。(5)位相干渉周期が閾値パターンの周期よりも短い場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さよりも高い。(6)位相干渉周期が閾値パターンの周期とほぼ同じの場合は、対象物13の高さは、障害物検出装置の高さとほぼ同じ。

なお、これらの判定は、予め判定時間を定め、その判定時間において上記の比較を行うものとすることができる。判定時間は、車両18が制動または退避を行って路上障害物12との衝突等を回避するのに十分な余裕を持って終了するように設定される。

上記の位相干渉周期で判断を行う場合には、その判定時間内における受信パワーの減少側ピークの数を検出し、その検出ピーク数を周期に代えて用いることができる。すなわち、位相干渉周期の閾値パターンを、判定時間内における検出ピーク数に換算して、検出ピーク数の閾値パターンとすることができる。

これらの判定において、例えば、(1),(2)において、閾値範囲パターンからの電力減衰の乖離が15dB以上あるときに、対象物は路上障害物12でない、とすることができる。また、例えば、(3),(4)において、閾値パターンからの位相干渉周期または検出ピーク数の乖離が20%以上あるときに、対象物は路上障害物12でない、とすることができる。もっとも、これらの判定基準は、車両18の仕様等によって、適宜変更が可能である。

なお、すでに図6に関連して説明したように、得られた反射波が全く位相干渉を起こさずに、受信パワー時系列データの時系列変化パターンにおいて受信パワーの減少側ピークが全く検出されないときは、対象物13の高さh=0mとできる。すなわち、1次判断モジュール52において対象物13が有ると判断されても、その対象物13は路面上対象物16であって、路上障害物12ではない、とすることができる。

そして、これらの判定において、対象物13が路上障害物12であるとされる場合には、その旨を警報等の適当な出力が行われる。ユーザはこの警報等を取得して、車両18を安全に停止させ、あるいは退避させることができる。また、これらの判定において、対象物13が路上障害物12でないとされる場合には、1次判断モジュール52の判断結果に関わらず、警報出力等の予防安全システムの機能をオフするものとできる。このようにすることで、予防安全システムの誤作動や、不要作動を少なくすることができる。

図7は、位相干渉周期によって対象物が路上障害物か否かを判断する場合について、警報を出力するための閾値範囲パターンの設定を説明する例示的な図である。図7では、横軸に対象物の高さhをとり、縦軸に判定期間内の検出ピーク数nをとって、高さhと検出ピーク数nの関係を示す図である。なお、図7は、図6で説明したものとは別の例について具体的に計算した実例を示すものである。

図7の例では、hがゼロから1.5mの範囲で、nがゼロから13の間でほぼ直線的に増加する傾向が示されている。そこで、障害物検出装置20の道路10からの高さを中心として、障害物検出装置20が路上障害物12を検出すべき高さhの範囲を定めると、その範囲に対応する検出ピークの数nの範囲を閾値範囲として設定することができる。図7の例では、h=0.2mを路面上対象物16と区別する下限とし、h=1.2mを空中対象物14と区別する上限として、検出ピーク数の下限がnL=2、上限がnH=11となるので、この2から11を検出ピーク数nの閾値設定範囲として設定することになる。

そして、実際の検出ピーク数がこの閾値範囲の中にあれば、対象物13は路上障害物12であるとして、警報を出力することとできる。したがって、図7の例では、hが0.2mから1.2m、あるいはnが2から11の範囲が警報領域となる。

また、n=0のときは、上記のように、対象物が路上障害物12でないことが明らかであるので、警報を出す機能そのものをオフとする。これによって、誤って警報を作動させることを抑制できる。

図7に示す閾値範囲パターンは、記憶部70の検出ピーク数閾値範囲データ72に記憶される。また、同様に、電力減衰量である減少側ピークの検出ピーク値についての閾値範囲パターンが検出ピーク値閾値範囲データ74に記憶される。

上記構成の障害物検出装置20の作用を図8のフローチャートを用いて説明する。図8は、障害物検出の手順を示すフローチャートで、各手順は、障害物検出プログラムの各処理手順に対応する。なお、以下では、2次判断モジュール54における判断基準として検出ピーク数を用いる場合として説明するが、これを検出ピーク値としても同様な手順で障害物検出を行うことができる。

車両18が運行状態にあると、障害物検出プログラムが立上り、予め設定されている予防安全システムの機能がオンする。そして、障害物検出装置20から車両18の前方に向かってFM−CWレーダが送信され、対象物の有無の検出を行う。そして、対象物有りが検出されたか否かが判断される(S10)。この機能は、制御部50の1次判断モジュール52の機能によって事項される。具体的には、図3で説明したFM−CWレーダの原理を用いて、車両18の前方における対象物13までの距離Rとその相対速度Vが検出されると、対象物13が有る、と判断される。

S10において判断が肯定されると、受信電力時系列データの取得が行われる(S12)。具体的には、1次判断モジュール52においてビート周波数を求める際の周波数分析のときに用いるパワースペクトラムに基いてその時間における受信パワーである受信電力を求めて取得する。これを1次判断モジュール52において対象物の有無判断を行う各処理タイミングについて行い、各処理タイミングで取得した受信電力のデータを取得した時間に関連付けて、一時記憶メモリ60に記憶される。受信電力時系列データの内容は図6で説明した通りのものである。

つぎに、受信電力時系列データに基づいて、予め定めた所定期間である判定期間内における受信電力時系列データの減少側ピークの数nを求め、これを取得する(S14)。例えば、図6の横軸の全体範囲を判定期間とし、取得された受信電力時系列データを図6において破線で示されるものであったとすると、減少側ピークは3であるので、n=3と取得される。

そして、取得されたnが、予め定めた閾値範囲パターン内か否かが判断される(S16)。閾値範囲パターンは記憶部70の検出ピーク数閾値範囲データ72に格納されているので、これを読み出し、取得されたnと比較して判断を行うことができる。検出ピーク数閾値範囲データの例は図7で説明したものである。ここで、n=3が、図7のnLとnHの範囲内であると判断されると、S18に進み、警報が出力される。警報以外であっても、対象物13が路上障害物12である旨をユーザに知らせるのに適当な出力を発行するものとしてもよい。例えば、自動的に制動をかける等の制御信号を出力するものとしてもよい。

S18の判断が否定されると、再びS10に戻る。S12からS16までの工程は、制御部50の2次判断モジュール54の機能によって実行され、S18の工程は、検出出力モジュール56の機能によって実行される。

このように、従来技術で用いられているFM−CWレーダの技術に加えて、位相干渉の程度を判断するための信号処理を実行することで、対象物が路上障害物か否かの適切な判断を行うことができる。

本発明に係る障害物検出装置は、車両等の移動物体に搭載される障害物検出用装置として利用でき、また、移動物体を検出する固定設置型の障害物検出装置としても利用できる。

10 道路、12 路上障害物、13 対象物、14 空中対象物、15 鏡像、16 路面上対象物、17 (反射)位置、18 車両、20 障害物検出装置、22 変調器、24 発振器、26 方向性結合器、28 送信アンテナ、30 送信波、32 受信波、34 受信アンテナ、36 ミキサ、38 ローパスフィルタ、40 A/D変換器、50 制御部、52 1次判断モジュール、54 2次判断モジュール、56 検出出力モジュール、60 一時記憶メモリ、62 受信パワー時系列データ、70 記憶部、72 検出ピーク数閾値範囲データ、74 検出ピーク値閾値範囲データ。

Claims (5)

  1. 波動を送信し、対象物からの受信波を受信して、送信波と受信波との比較に基づいて対象物の有無を判断する1次判断手段と、
    1次判断手段によって対象物が有ると判断されたときに、受信波の受信パワーを予め定めた制御周期で取得し、時系列に沿って受信パワー時系列データとして記憶する記憶手段と、
    受信パワー時系列データの時系列変化パターンを、対象物の路上からの高さに依存する波動の位相干渉に基づいて予め設定された閾値範囲パターンと比較し、閾値範囲パターン以内か否かを判断する2次判断手段と、
    2次判断手段において、時系列変化パターンが閾値範囲内であるときに、対象物が障害物であるとしてその旨を出力する検出出力手段と、
    を備えることを特徴とする障害物検出装置。
  2. 請求項1に記載の障害物検出装置において、
    2次判断手段は、
    時系列変化パターンとして、受信パワー時系列データにおいて予め設定された所定判断期間内にある受信パワーの減少側ピーク数を検出ピーク数としてこれを用い、
    閾値範囲パターンとして、予め定めた検出ピーク数の閾値範囲を用いて、
    検出ピーク数が閾値範囲内か否かを判断することを特徴とする障害物検出装置。
  3. 請求項2に記載の障害物検出装置において、
    2次判断手段は、
    対象物の路上からの高さと検出ピーク数との関係を予め求めておき、予め設定された対象物検出高さ範囲に対応する検出ピーク数の範囲を検出ピーク数の閾値範囲として設定し、この設定に基づいて2次判断を行うことを特徴とする障害物検出装置。
  4. 請求項1に記載の障害物検出装置において、
    2次判断手段は、
    時系列変化パターンとして、受信パワー時系列データにおいて受信パワーの減少側ピークの最大の減少値を検出ピーク値としてこれを用い、
    閾値範囲パターンとして、予め定めた検出ピーク値の閾値範囲を用いて、
    検出ピーク値が閾値範囲内か否かを判断することを特徴とする障害物検出装置。
  5. 請求項1から4のいずれか1に記載の障害物検出装置において、
    1次判断手段は、FM−CWレーダを用いて対象物の有無を判断することを特徴とする障害物検出装置。
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