JP2019066284A - レーダ装置およびレーダ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ装置内部の温度上昇を抑制すること。【解決手段】実施形態に係るレーダ装置は、設定部と、検知部とを備える。設定部は、自車両の走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する。検知部は、設定部によって設定された検知範囲で物標の検知処理を実行する。また、設定部は、走行速度が遅いほど、検知範囲を狭く設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の制御方法に関する。

従来、車両の前方に存在する物標を検知するレーダ装置がある。かかるレーダ装置は、処理負荷に応じて回路内の温度が上昇する。このため、レーダ装置は、温度上昇を抑制するために、走行風を利用して冷却するものがある(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１０−１０７２１７号公報

しかしながら、従来技術では、走行風の強弱によらず、一定の処理が行われるため、レーダ装置内部の温度上昇を抑制する点で改善の余地があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーダ装置内部の温度上昇を抑制することができるレーダ装置およびレーダ装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るレーダ装置は、設定部と、検知部とを備える。設定部は、車両Ｃの走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する。検知部は、前記設定部によって設定された前記検知範囲で物標の検知処理を実行する。また、前記設定部は、前記走行速度が遅いほど、前記検知範囲を狭く設定する。

本発明によれば、レーダ装置内部の温度上昇を抑制することができる。

図１は、レーダ装置の制御方法の概要を示す図である。 図２は、レーダ装置のブロック図である。 図３は、検知部のブロック図である。 図４は、設定部による処理の具体例を示す図である。 図５は、補正部による処理の具体例を示す図である。 図６は、内部温度と走行速度の関係を示す図である。 図７は、レーダ装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図８Ａは、レーダ装置の変形例の具体例を示す図である。 図８Ｂは、レーダ装置の変形例の具体例を示す図である。 図８Ｃは、レーダ装置の変形例の具体例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るレーダ装置およびレーダ装置の制御方法を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて実施形態に係るレーダ装置の概要について説明する。図１は、レーダ装置１の制御方法の概要を示す図である。図１に示すように、レーダ装置１は、車両Ｃのフロントグリル内に搭載される。

レーダ装置１は、例えば、車両Ｃの前方を走査し、車両Ｃの前方に存在する障害物等の物標を検知する。また、レーダ装置１では、処理負荷に応じてレーダ装置１内部の回路素子等が発熱する。

レーダ装置１内部の発熱に伴い、レーダ装置１の誤動作や、回路素子の損傷のおそれがある。しかしながら、冷却用のファンなどを設けることは、設置スペースやコストの制約から困難である。

そこで、実施形態に係るレーダ装置１は、車両Ｃの走行時に発生する走行風によって回路素子を冷却する。つまり、車両Ｃのフロントグリルの構造として、レーダ装置１に走行風を導く孔部やダクトを形成したものとする。これにより、上記の設置スペースやコストの制約を満たすことが可能となる。

ここで、走行風の強弱は、車両Ｃの走行速度によって決まる。すなわち、走行速度が速いほど走行風は強くなり、走行速度が遅いほど走行風は弱くなる。このため、走行速度が遅い場合、走行風によって十分にレーダ装置１内部を冷却できないおそれがある。

そこで、実施形態に係るレーダ装置１の制御方法では、車両Ｃの走行速度に応じて処理負荷を調整することで、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することとした。

具体的には、図１に示すように、実施形態に係るレーダ装置１の制御方法では、車両Ｃの走行速度に応じて検知範囲を設定する（ステップＳ１）。ここで、レーダ装置１の制御方法では、車両Ｃの走行速度が遅いほど検知範囲を狭く設定し、走行速度が速いほど検知範囲を広く設定する。

次に、レーダ装置１の制御方法では、設定した検知範囲で物標の検知処理を実行する（ステップＳ２）。言い換えれば、実施形態に係るレーダ装置１の制御方法では、走行速度に応じた検知範囲で物標の検知処理を行う。

検知範囲が広いほど検知処理の処理負荷が増大し、発熱量が多くなる。また、検知範囲が狭いほど検知処理の処理負荷が減少し、発熱量が少なくなる。つまり、実施形態に係るレーダ装置１の制御方法では、走行風による放熱能力に応じてレーダ装置１の処理負荷を調整する。

このように、実施形態に係るレーダ装置１の制御方法では、走行速度に応じて検知範囲を設定することで、レーダ装置１内部の温度上昇を抑えることが可能となる。言い換えれば、レーダ装置１内部の温度を走行速度によらず、一定に保つことが可能となる。

次に、図２を用いて実施形態に係るレーダ装置１の構成について説明する。図２は、レーダ装置１のブロック図である。なお、図２には、車両Ｃの走行速度を検出する速度センサ４１、車両Ｃ外部の温度を検出する温度センサ４２、ナビゲーション装置４３および車両制御装置２を併せて示す。

また、以下では、レーダ装置１がＦＣＭ(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置である場合について説明するが、ＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式のレーダ装置であってもよい。

車両制御装置２は、レーダ装置１による物標の検出結果に基づいてＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢ(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。なお、レーダ装置１は、車載レーダ装置以外の各種用途（例えば、飛行機や船舶の監視等）に用いられてもよい。

レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備える。送信部１０は、信号生成部１１と、発振器１２と、送信アンテナ１３とを備える。信号生成部１１はノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器１２へ供給する。発振器１２は、信号生成部１１で生成された変調信号に基づいてチャープ信号である送信信号ＳＴを生成して、送信アンテナ１３へ出力する。

送信アンテナ１３は、発振器１２から入力される送信信号ＳＴを送信波ＳＷへ変換し、かかる送信波ＳＷを車両Ｃの外部へ出力する。送信アンテナ１３が出力する送信波ＳＷは、いわゆるチャープ波である。送信アンテナ１３から車両Ｃの前方に送信された送信波ＳＷは、他車両などの物標で反射されて反射波となる。

受信部２０は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ２１、ミキサ２２およびＡ／Ｄ変換器２３を備える。各受信アンテナ２１は物標からの反射波を受信波ＲＷとして受信し、かかる受信波ＲＷを受信信号ＳＲへ変換して受信アンテナ２１毎に設けられたミキサ２２へそれぞれ出力する。なお、図２に示す受信アンテナ２１の数は、４つであるが３つ以下または５つ以上であってもよい。

各受信アンテナ２１から出力された受信信号ＳＲは、不図示の増幅器（例えば、ローノイズアンプ）で増幅された後にミキサ２２へ入力される。ミキサ２２は、送信信号ＳＴと受信信号ＳＲとの一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号ＳＢを生成し、Ａ／Ｄ変換器２３へ出力する。

これにより、送信信号ＳＴの周波数ｆ_ＳＴ（以下、送信周波数ｆ_ＳＴと記載する）と受信信号ＳＲの周波数ｆ_ＳＲ（以下、受信周波数ｆ_ＳＲと記載する）との差となるビート周波数ｆ_ＳＢ（＝ｆ_ＳＴ−ｆ_ＳＲ）を有するビート信号ＳＢが生成される。ミキサ２２で生成されたビート信号ＳＢは、Ａ／Ｄ変換器２３でデジタルの信号へ変換された後に処理部３０に出力される。

処理部３０は、送信制御部３１および信号処理部３２を備える。信号処理部３２は、周波数解析部３３、検知部３４、設定部３５および補正部３６を備える。

かかる処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置１全体を制御する。

かかるマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送信制御部３１および信号処理部３２として機能する。なお、送信制御部３１および信号処理部３２のうち少なくとも一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

送信制御部３１は、送信部１０の信号生成部１１を制御し、信号生成部１１からノコギリ状に電圧が変化する変調信号を発振器１２へ出力させる。これにより、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号ＳＴが発振器１２から送信アンテナ１３へ出力される。

周波数解析部３３は、各Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるビート信号ＳＢに対してそれぞれ２次元高速フーリエ変換処理を行う。ここで、１回目のフーリエ変換では、物標との距離を導出し、２回目のフーリエ変換によって物標との相対速度を導出することができる。

すなわち、周波数解析部３３は、受信部２０によって生成されたビート信号ＳＢを物標との距離および相対速度に対する信号強度(パワー)の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。周波数解析部３３は、２次元高速フーリエ変換処理によって導出した周波数スペクトルを検知部３４へ出力する。

検知部３４は、設定部３５によって設定された検知範囲で物標の検知処理を実行する。なお、検知部３４の構成や、検知部３４による処理の具体例については図３を用いて後述する。

設定部３５は、車両Ｃの走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する。具体的には、設定部３５は、速度センサ４１から入力される車両Ｃの走行速度に基づいて検知範囲を設定する。ここで、設定部３５は、走行速度が遅いほど、検知範囲を狭く設定し、走行速度が速いほど、検知範囲を広く設定する。

設定部３５は、設定した検知範囲に関する情報を補正部３６へ出力するとともに、速度センサ４１から入力される走行速度の情報を補正部３６へ出力する。なお、設定部３５による処理の詳細については図４を用いて後述する。

補正部３６は、車両Ｃの加速度に応じて設定部３５によって設定された検知範囲を補正する。また、補正部３６は、車両Ｃの走行環境に応じて検知範囲を補正することも可能である。そして、補正部３６は、補正した検知範囲の情報を検知部３４へ出力する。なお、補正部３６による処理については、図５を用いて後述する。

次に、図３を用いて検知部３４について説明する。図３は、検知部３４のブロック図である。図３に示すように、検知部３４は、ピーク抽出部３４ａと、方位演算部３４ｂと、フィルタ部３４ｃと、グループ化部３４ｄと、物標分類部３４ｅと、選択部３４ｆとを備える。

ピーク抽出部３４ａは、図２に示す周波数解析部３３から入力される周波数スペクトルからパワーが所定値を超えるピークを抽出し、抽出したピークの情報を方位演算部３４ｂへ出力する。

ここで、レーダ装置１では、設定部３５がピーク抽出部３４ａによるピーク抽出の検知範囲を車両Ｃの走行速度に応じて設定する。これにより、ピーク抽出部３４ａによるピーク抽出の処理負荷を抑えるとともに、検知部３４によるピーク抽出部３４ａ以降の処理においても検知範囲のピークに対してのみ処理を実施することとなる。つまり、ピーク抽出の検知範囲を設定することで、検知部３４による検知処理の処理負荷を効率よく抑えることが可能となる。

方位演算部３４ｂは、所定の角度演算処理により、ピーク抽出部３４ａにおいて特定されたピークが存在する各距離ＢＩＮの信号から、同一の距離ＢＩＮに存在する複数の物標についての情報を分離し、それら複数の物標それぞれの角度を推定する。

方位演算部３４ｂは、４つの受信アンテナ２１の受信信号ＳＲに基づく４つのビート信号ＳＢの全ての周波数スペクトルにおいて同一周波数ＢＩＮの信号（以下、ピーク信号という）に注目し、それらピーク信号の位相情報に基づいて物標の角度を推定する。方位演算部３４ｂにおける方位の推定は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、または、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）などの所定の方位推定方式を用いて行われる。

フィルタ部３４ｃは、方位演算部３４ｂから逐次入力される物標データを時間軸方向に平滑化するフィルタ処理を行い、グループ化部３４ｄへ出力する。グループ化部３４ｄは、同一物標に基づく複数の物標データを１つに集約するグループ化処理を行い、物標分類部３４ｅへ出力する。

物標分類部３４ｅは、物標データの種別を分類する物標分類処理を行い、選択部３４ｆへ出力する。選択部３４ｆは、システム制御上、車両制御装置２へ出力することが必要となる物標を選択する出力物標選択処理を行い、選択した物標の物標データを車両制御装置２へ出力する。

次に、図４を用いて設定部３５による処理の具体例について説明する。図４は、設定部３５による処理の具体例を示す図であり、周波数スペクトルの具体例を示す図である。

なお、周波数スペクトルは、物標との距離に対応する距離ＢＩＮおよび物標との相対速度に対応する速度ＢＩＮに対するパワーの分布を示す。ここで、設定部３５は、上述のようにピーク抽出部３４ａが周波数スペクトルからピーク抽出を行う範囲を検知範囲として設定する。

例えば、設定部３５は、走行速度が第１範囲（例えば、１０ｋｍ／ｈ以下）である場合、検知範囲Ａ１に設定する。かかる検知範囲Ａ１は、距離ＢＩＮが０ＢＩＮ（車両Ｃとの距離がゼロ）から所定の距離ＢＩＮまでの範囲である。

つまり、走行速度が遅い場合であっても、車両Ｃとの距離が近いエリアが検知範囲に含まれる。これにより、検知部３４による発熱量を抑えつつ、車両Ｃとの距離が近く車両Ｃと接触する可能性が高い物標については確実に検知することが可能となる。

また、設定部３５は、走行速度が第２範囲（例えば、１０ｋｍ／ｈ＜走行速度≦３０ｋｍ／ｈ）である場合、検知範囲Ａ１よりも広い検知範囲Ａ２に設定する。そして、設定部３５は、走行速度が第３範囲（例えば３０ｋｍ／ｈ＜走行速度）であれば、検知範囲Ａ２よりも大きい検知範囲Ａ３を設定する。

このように、設定部３５は、走行速度に応じて検知範囲Ａ１〜Ａ３を設定する。これにより、走行速度に応じた走行風の放熱能力に応じて検知部３４による処理負荷を調整することができる。

つまり、走行風が弱く放熱能力が低い場合には、検知部３４による物標の検知範囲を狭くすることで発熱量を抑えることができる。一方、走行風が強く放熱能力が高い場合には、検知部３４による物標の検知範囲を広くする。かかる場合に、処理負荷を増加させて発熱量が多くなったとしても走行風により冷却されるため、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することができる。

したがって、走行速度によらず、レーダ装置１内部の温度を一定に保つことが可能となり、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することができる。

なお、上記の例では、設定部３５が、走行速度に応じて段階的に検知範囲Ａ１〜Ａ３を設定する場合について説明したが、走行速度に応じて連続的に検知範囲を設定するようにしてもよい。すなわち、設定部３５は、走行速度に比例して検知範囲を広げるようにしてもよい。

次に、図５を用いて補正部３６による処理の具体例について説明する。図５は、補正部３６による処理の具体例を示す図である。なお、ここでは、補正部３６が、車両Ｃの加速度に応じて検知範囲を補正する場合について説明する。

補正部３６は、かかる加速度を速度センサ４１（図２参照）から入力される走行速度の推移に基づいて算出し、かかる加速度に基づいて設定部３５によって設定された検知範囲を補正する。

具体的には、図５に示すように、補正部３６は、車両Ｃが進行方向に加速する場合、すなわち、正（＋）の加速度が生じる場合、かかる加速度に応じた正の補正量Ｃｖを検知範囲に加算する。

すなわち、補正部３６は、正の加速度が生じる場合、検知範囲が広くなるように補正する。一方、補正部３６は、車両Ｃが進行方向に対して減速する場合、すなわち、負（−）の加速度が生じる場合、かかる加速度に応じて負の補正量Ｃｖを検知範囲に加算する。

車両Ｃが加速すると、その後の走行風が強くなり、放熱能力が大きくなることを意味し、車両Ｃが減速する場合、その後の走行風が弱くなり、放熱能力が小さくなることを意味する。このように、加速度によってその後の走行風の推移を予測することができる。

そのため、補正部３６は、車両Ｃが減速する場合、検知範囲を前もって狭くなるように補正し、車両Ｃが加速する場合、検知範囲を前もって広くなるように補正する。

このように、補正部３６は、加速度に基づいて検知範囲を補正することで、車両Ｃの実際の走行速度に先立って検知範囲を補正することができる。これにより、検知部３４の処理負荷を実際の走行速度に先立って適切に調整することが可能となる。

ところで、補正部３６は、上述したように、車両Ｃの走行環境に応じて検知範囲を補正することも可能である。ここで、走行環境とは、車両Ｃの現在地の天気、気温、風速等の天候や、現在の時刻、路面状況などを含む。なお、かかる走行環境に関する情報は、例えば、図２に示す温度センサ４２およびナビゲーション装置４３から入力されるものとする。

例えば、補正部３６は、天気が晴れである場合、曇りや雨である場合に比べて検知範囲が狭くなるように補正する。また、補正部３６は、気温が高い場合、気温が低い場合に比べて検知範囲が狭くなるように補正する。

また、補正部３６は、風速が弱い場合、風速が強い場合に比べて検知範囲が狭くなるように補正する。つまり、補正部３６は、走行環境に基づく放熱能力に応じて検知範囲を補正する。

これにより、走行環境に応じて検知部３４の処理負荷を適切に制限することが可能となり、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することが可能となる。なお、例えば、補正部３６は、天候が雨や雪のように路面が滑りやすい場合に、天候が晴れである場合に比べて検知範囲を広く設定することにしてもよい。これは、路面が滑りやすい場合には、ブレーキの制動距離が長くなるため、広域の危険を検知する必要があるためである。このように、補正部３６は、ユーザの安全性に基づいて検知範囲を補正することも可能である。

次に、図６を用いてレーダ装置１の内部温度と走行速度の相関について説明する。図６は、内部温度と走行速度の相関関係を示す図である。上述したように、レーダ装置１では、走行速度に応じて処理負荷を調整する。これにより、図６に示すように、レーダ装置１内部の温度を適切に保つことが可能となる。つまり、上述したように、検知範囲を設定および補正することで、レーダ装置１の内部温度を走行速度によらず、一定に保つことが可能となる。

次に、図７を用いて実施形態に係るレーダ装置１が実行する処理手順について説明する。図７は、レーダ装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、かかる処理手順は、レーダ装置１の信号処理部３２によって繰り返し実行される。

まず、図７に示すように、まず、周波数解析部３３は、ビート信号ＳＢを周波数スペクトルへ変換する（ステップＳ１０１）。次に、設定部３５は、車両Ｃの走行速度に応じて検知範囲を設定する（ステップＳ１０２）。

続いて、補正部３６は、加速度および走行環境の少なくとも一方に基づいて検知範囲を補正する（ステップＳ１０３）。そして、検知部３４は、検知範囲で物標の検知処理を実行し（ステップＳ１０４）、処理を終了する。

上述したように、実施形態に係るレーダ装置１は、設定部３５と、検知部３４とを備える。設定部３５は、車両（車両Ｃ）の走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する。検知部３４は、設定部３５によって設定された検知範囲で物標の検知処理を実行する。また、設定部３５は、走行速度が遅いほど、検知範囲を狭く設定する。したがって、実施形態に係るレーダ装置１によれば、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することができる。

ところで、上述した実施形態では、レーダ装置１の内部温度を検知範囲によって調整する場合について説明したが、これに限定されるものではない。そこで、以下では、図８Ａ〜図８Ｃを用いて他の変形例について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、レーダ装置１の変形例の具体例を示す図である。

まず、図８Ａおよび図８Ｂを用いて走行速度に応じて送信部１０の制御内容を変更する場合について説明する。図８Ａに示すように、レーダ装置１では、２つの異なる送信アンテナによって異なる送信波ＳＷ１、ＳＷ２を送信する。図８Ａに示す例では、送信波ＳＷ１は、近距離の物標を検知するための近距離用の送信波ＳＷであり、送信波ＳＷ２は、遠距離の物標を検知するための遠距離用の送信波ＳＷである。

ここで、レーダ装置１では、車両Ｃの走行速度が閾値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）よりも遅い場合、送信波ＳＷ１用の送信アンテナのみを用い、送信波ＳＷ２用の送信アンテナをオフにする。

つまり、この場合に、送信波ＳＷ２用の送信アンテナを使用しないようにする。これにより、送信波ＳＷ２用の送信アンテナの発熱を抑えることができ、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することができる。

また、図８Ｂに示すように、レーダ装置１は、送信波ＳＷ（チャープ波ｃｈ）の変調幅を走行速度に応じて調整することも可能である。具体的には、レーダ装置１は、走行速度が遅くなるにつれてチャープ波ｃｈの変調幅を小さくしていく。

これにより、チャープ波ｃｈの使用電力を抑えることができ、図２に示した送信部１０による発熱量を抑えることができる。このように、レーダ装置１は、走行速度が遅く、走行風による放熱能力が低下する場合、送信部１０による発熱を抑えることで、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することが可能となる。

さらに、図８Ｃに示すように、レーダ装置１は、走行速度に応じて検知部３４の処理レートを調整することも可能である。具体的には、例えば、走行速度が遅いほど、処理レートを低く設定する。

言い換えれば、走行速度が遅い場合、検知部３４の単位時間当たりの処理回数を制限することで、検知部３４の処理負荷を抑える。これにより、走行速度によらず、レーダ装置１内部の温度上昇を抑制することができる。

ところで、上述した実施形態では、設定部３５が、検知部３４がピーク抽出を行う検知範囲を設定する場合について説明したが、設定部３５は、周波数解析部３３による２次元高速フーリエ変換を行う周波数の範囲を検知範囲として設定することにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ レーダ装置
３３ 周波数解析部
３４ 検知部
３５ 設定部
３６ 補正部

Claims (5)

1. 自車両の走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する設定部と、
   前記設定部によって設定された前記検知範囲で物標の検知処理を実行する検知部と
   を備え、
   前記設定部は、
   前記走行速度が遅いほど、前記検知範囲を狭く設定すること
   を特徴とするレーダ装置。
2. 前記自車両の加速度に応じて前記検知範囲を補正する補正部
   をさらに備えること
   を特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記補正部は、
   前記自車両の走行環境に応じて前記検知範囲を補正すること
   を特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記自車両から送信波を送信する送信部
   をさらに備え、
   前記設定部は、
   前記走行速度に応じて前記送信部が送信する前記送信波の変調幅を設定すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載のレーダ装置。
5. 自車両の走行速度に応じて物標の検知範囲を設定する設定工程と、
   前記設定工程によって設定された前記検知範囲で物標の検知処理を実行する検知工程と
   を含み、
   前記設定工程は、
   前記走行速度が遅いほど、前記検知範囲を狭く設定すること
   を特徴とするレーダ装置の制御方法。

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