JP2021513643A - 危機的な横方向移動を検出するための方法および装置 - Google Patents

危機的な横方向移動を検出するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、危機的な横方向移動を検出する方法に関する。この方法は、次のステップ：レーダ装置（２）によって、ＣＷレーダ信号を送信し、受信した反射ＣＷレーダ信号に基づいてレーダデータを生成するステップ（Ｓ１）；レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）の関数としてレーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲を決定する決定ステップ（Ｓ２）；決定したスペクトル範囲内のレーダデータを評価することによって、物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および物体角度（φ）の時間依存性を決定するステップ（Ｓ３）；および物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）と物体角度（φ）との時間依存性を利用して物体（４）の危機的な横方向移動を検出するステップ（Ｓ４）を含む。

Description

本発明は、危機的な横方向運動を検出する方法および危機的な横方向移動を検出するための装置に関する。本発明は、特に、車両もしくは車両の運転者支援システムのための対応する装置に関する。
現代の車両は、一般に、車両の所定の周辺領域を監視するレーダ装置を有している。生成されたレーダデータに基づいて車両の周辺の物体を検出することができ、衝突の危機を示す状況を車両の運転者に早期に警告することができる。レーダデータに基づいて、特定の車両機能を自律的に制御することも可能である。特に、交差する障害物が検出された場合には非常ブレーキを始動することができる。
異なる検出領域を有するいくつかの送信アンテナを備えるレーダ装置が知られている。例えば、第１のアンテナを使用して比較的狭い長距離視野を監視することができ、第２のアンテナを使用してより広い短距離視野を監視することができる。
さらに異なる変調方式を使用することも知られている。ドイツ国特許出願公開第１０２００４０２４７０６号明細書は、衝突回避もしくは衝突強度低減のための自動車用レーダセンサを開示しており、レーダ放射線が少なくとも２つまたはそれ以上の異なる変調方式で放射される。
既知の１つの方式は連続波変調もしくはＣＷ変調（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）であり、一定の振幅および一定の周波数を有するレーダ信号が送信される。受信された反射レーダ信号は、送信されたレーダ信号の周波数とは異なる周波数を有する。周波数差は、観察される物体の相対速度に依存している。ＣＷ変調は、０．１メートル／秒までのｓの高い精度で相対速度を決定することを可能にする。
別の既知の変調方式は、周波数変調連続波もしくはＦＭＣＷ変調である（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）。この場合、可変周波数のレーダ信号が放射され、反射されたレーダ信号を測定することによって、検査される物体の速度および距離の両方を決定することができる。しかしながら、速度決定の精度は、一般にＣＷ変調の場合よりも低い。
本発明は、請求項１の特徴を有する方法および請求項１０の特徴を有する装置を提供する。
したがって、第１の態様によれば、本発明は、危機的な横方向移動を検出する方法に関する。レーダ装置は、ＣＷレーダ信号を送信し、受信した反射ＣＷレーダ信号に基づいてレーダデータを生成する。レーダ装置の自車速度の関数として、衝突に関連したスペクトル範囲が決定される。決定された衝突に関連したスペクトル範囲内のレーダデータを評価することによって、物体の相対速度および物体角度の時間依存性が決定される。物体の危機的な横方向移動は、物体の相対速度および物体角度の時間依存性を利用して検出される。
したがって、第２の態様によれば、本発明は、危機的な横方向移動を検出するための装置であって、ＣＷレーダ信号を送信し、受信した反射ＣＷレーダ信号に基づいてレーダデータを生成するように構成されたレーダ装置を有する装置に関する。この装置は、レーダ装置の自車速度の関数としてレーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲を決定するように構成された計算装置をさらに備える。計算装置は、物体の相対速度および物体角度の時間依存性を決定するために、決定されたスペクトル範囲内のレーダデータを評価する。計算装置は、物体の相対速度および物体角度の時間依存性を利用して、物体の危機的な横方向移動を検出するように構成されている。
好ましい実施形態が、それぞれの従属請求項の主題である。
発明の利点
本発明は、ＣＷ変調されたレーダ信号の上述の正確な速度分解能を利用する。本発明によれば、正確な距離を決定することなしに、ＣＷレーダ信号自体に基づいて、物体が危機的な横方向移動を行っているかどうかを検出することが可能である。危機的な横方向移動とは、この場合、物体が物体経路に沿ってレーダ装置の経路に向かって移動し、この場合に衝突が予想されるか、もしくは起こりそうであることとして理解されるべきである。したがって、横方向移動は、一般に交差する経路を記述し、含まれる角度は必ずしも９０°である必要はない。
この方法は、有利には、物体の種類とは無関係である。このようにして、サイクリスト、オートバイ運転者または他の車両と同様に歩行者を検出することもできる。
方法の好ましい実施形態によれば、レーダ装置は、互いに異なる検出領域を有する複数のアンテナ装置を備える。これらのアンテナ装置の制御は物体の危機的な横方向移動が検出されるか否かに依存している。アンテナ装置によって、特に物体の距離および速度の時間波形をより正確に分析することができる。
本方法のさらなる実施形態によれば、物体の危機的な横方向移動が検出された場合には、ＦＭＣＷレーダ信号を送信するために少なくとも１つのアンテナ装置が制御される。受信された反射ＦＭＣＷレーダ信号に基づいて、物体の移動がより正確に決定される。アンテナ装置は、例えば、より狭い長距離視野を有する第１のアンテナ装置と、より広い短距離視野を有する第２のアンテナ装置とを備えることができる。横断する物体が検出された場合、例えば第２のアンテナ装置を制御し、広い近距離視野内で物体をより正確に追跡することができる。物体が長距離視野内に位置する場合、物体角度に依存して第１のアンテナ装置を作動させることもできる。これにより、物体の移動を早期に意図的に追跡することができる。状況に応じて最も好ましい視野に切り換えることにより、物体を最適に監視することができる。ＦＭＣＷレーダ信号によって決定された物体の移動に基づいて、物体との衝突が実際に起こりそうであるかどうかを正確にチェックすることができる。この場合、運転者に警告を発することができ、または非常ブレーキを作動させることができる。ＣＷレーダ信号によって検出された情報は分類のために使用することができる。これにより、周辺情報が最適に評価される。この実施形態によれば、ＣＷレーダ信号の分析は、できるだけ危機的な経路全体を識別し、しかしながら、同時にできるだけ少ない誤報告しか生成されないようにする役割を果たすプレフィルタリングである。これにより、より広い近距離モードへの過度に頻繁な切換を回避することができ、このことは装置の性能を向上させる。特に、中央領域の機能はあまり制限されない。
本方法の好ましい実施形態によれば、レーダ装置は複数の受信装置を備えておいり、物体角度は、異なる受信装置によって受信された反射ＣＷレーダ信号の位相差に基づいて計算される。例えば、車両の前部に沿って配置された４つの受信装置を設けることができる。位相差を比較することによって、一般に物体角度を既に比較的正確に決定することができる。
本方法の好ましい実施形態によれば、衝突に関連したスペクトル範囲は、負の相対速度を有する物体のみが考慮されるように決定される。しかしながら、より低い危険性を表す物体のほぼ平行な移動の場合を除いて、レーダ装置と衝突するかもしれない物体は、常に負の相対速度を有する。検査すべきスペクトル範囲が既に評価のために制限されているので、計算労力は極度に低減される。特に、停止しているターゲットによる不利な影響はない。
本方法の好ましい実施形態によれば、衝突に関連したスペクトル範囲は、レーダ装置の自車速度、物体の相対速度、および物体の物体角度の一定であると仮定して決定される。したがって、好ましくは物体および車両の速度が変化しないと仮定して、物体の線形経路またはレーダ装置の線形経路が決定される。これは、少なくとも短い時間スケールでは有意義な仮定である。相対速度および物体角度の一定性は、一定方位として知られる光線の定理を使用して衝突条件から得られる。
本方法のさらなる実施形態によれば、衝突の危機を示す相対速度および対応して衝突の危機を示す物体角度は、レーダ装置の自車速度の関数として、物体の経路とレーダ装置の経路との間の交差角度の関数として、および物体の物体速度に関数として決定される。衝突に関連したスペクトル範囲は、レーダ装置の自車速度、交差角度の所定範囲、および物体速度の所定範囲に対応する衝突危機を示す自車速度および衝突危機を示す物体角度に制限される。幾何学的考察に基づいて、衝突条件を使用してこのような関係を導くことができる。正確な関係は、例えば、ルックアップテーブルに記憶させることができ、したがって、装置は、自車速度、および交差角度もしくは物体速度の所定範囲に依存して、衝突の危機を示す相対速度および衝突の危機を示す物体角度をそれぞれ迅速かつ容易に決定することができる。
点状レーダ装置および点状物体の場合、衝突条件は、特定の将来の時点におけるレーダ装置の経路と物体の経路との交点の条件に対応する。しかしながら、衝突の危機を示す相対速度および衝突の危機を示す物体角度は、好ましくは、さらに物体およびレーダ装置を有する車両の有限の寸法を考慮して決定される。このようにして、衝突条件として適切な許容範囲を考慮に入れることができる。すなわち、相対速度および物体角度は、点状レーダ装置および点状物体について決定された値の周辺の特定の範囲で決定される。
本方法の好ましい実施形態によれば、相対速度および物体角度の相対変化が所定の閾値を超えない場合には物体の危機的な横方向移動が検出される。したがって、相対速度および物体角度が実質的に一定のままである場合、すなわち、物体が、言及された一定の方位にしたがってレーダ装置との衝突点に向かって移動している場合、横方向移動は正確に検出される。
本発明の一実施形態による装置を示す概略ブロック図である； 衝突の可能性を説明するために装置を有する車両および物体を示す概略平面図である； 物体の異なる物体速度における車両速度に対する相対速度の依存性を示す図である； 物体速度およびそれぞれの経路間の交差角度の関数として物体の相対速度および物体角度を示す図である； 本発明の一実施形態による、危機的な横方向移動を検出するための方法のフロー図である。
全ての図において、同一または機能的に同一の要素および装置には同一の参照符号が付されている。
図１は、危機的な横方向移動を検出するための装置１のブロック図を示す。装置１は、狭い長距離視野１０を有する第１のアンテナ装置２１と、広い短距離視野１１を有する第２のアンテナ装置２２とを有する。アンテナ装置２１、２２は、それぞれ、レーダ信号を送信するための少なくとも１つの送信アンテナと、反射されたレーダ信号を受信するための複数の受信アンテナとを含む。いくつかの実施形態によれば、アンテナは、レーダ信号を送信することと、レーダ信号を受信することとの両方を行うように構成することができる。
切換装置２３を介して第１のアンテナ装置２１または第２のアンテナ装置２２を交互に動作させることができる。第１の制御装置２４は、ＦＭＣＷ変調されたレーダ信号を送信するようにアンテナ装置２１、２２を制御し、受信したＦＭＣＷ変調された反射レーダ信号を評価することができる。
第２の制御装置２５は第２のアンテナ装置２２に結合されており、この第２のアンテナ装置を制御してＣＷ変調レーダ信号を送信する。さらに第２の制御装置２５は、受信したＣＷ変調されたレーダ信号に基づいてレーダデータを生成し、評価するために計算装置３に伝送するように構成されている。アンテナ装置２１、２２、切換装置２３、第１制御装置２４および第２制御装置２５は装置１のレーダ装置２を構成している。
計算装置３は、レーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲を最初に決定する検出装置３１を含む。このために、検出装置３１は、センサ装置（図示しない）によって決定されレーダ装置１の自車速度の値を受信し、この自車速度は、特にレーダ装置１を有する車両の自車速度に対応する。関連するスペクトル範囲の決定を次の図面を用いてより詳細に説明される。
図２は、装置１を有する車両８の概略的な平面図を示し、物体４は車両８の周辺領域に位置している。物体４は、例えば、歩行者、サイクリスト、または他の車両であってもよい。車両８は、自車速度ｖ＿ｅｇｏで、ｘ軸線およびx軸線に垂直なｙ軸線を画定する真っ直ぐな車両経路７に沿って移動する。レーダ装置２の主放射方向は同様にｘ軸線に沿って延在しているが、しかしながら、本発明はこのように整列されたレーダ装置２に限定されていない。物体４は、ｘ軸線に対して物体角度もしくは方位角φで現れ、物体速度ｖ＿ｏｂｊで物体経路６に沿って衝突点１５に向かって移動する。衝突点１５では、物体経路６と車両経路７とが交差角度Ψで交差する。物体４の測定可能な相対速度ｖ＿ｒａｄを導くために、装置１と物体４との間の接続線９上への物体速度ｖ＿ｏｂｊの投影ｖ＿ｐｒｏｊが使用される。
車両８が物体４との衝突経路に位置するように、車両８の自車速度ｖ＿ｅｇｏおよび物体速度ｖ＿ｏｂｊが選択される場合、相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φはいずれも経時的に変化しない。
図３は、１０ｋｍ／ｈ、１５ｋｍ／ｈ、および２０ｋｍ／ｈの３つの異なる物体速度ｖ＿ｏｂｊについて、垂直方向に交差する物体の相対速度を車両の自車速度ｖ＿ｅｇｏの関数として示す。
幾何学的考察に基づいて、相対速度ｖ＿ｒａｄ、物体速度ｖ＿ｏｂｊ、車両８の自車速度ｖ＿ｅｇｏ、物体角度φおよび交差角度Ψの間で以下の関係を導くことができる：
Figure 2021513643
 物体４および装置１が衝突経路上に位置する場合、さらに以下の関係を導くことができる：
Figure 2021513643
Figure 2021513643
 上記の３つの関係は、確定的に決定された自車速度ｖ＿ｅｇｏの値を使用して、それぞれの交差角度Ψおよびそれぞれの物体速度ｖ＿ｏｂｊに、衝突に関連した相対速度ｖ＿ｒａｄおよび衝突に関連した物体角度φを正確に割り当てることを可能にする。
一例として、図４は、車両８の自車速度ｖ＿ｅｇｏが２５ｋｍ／ｈである場合の交差角度Ψおよび物体速度ｖ＿ｏｂｊに対する相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φの依存性を示す。例えば、垂直方向に交差する経路については、すなわち、９０度の交差角度Ψについては、物体速度ｖ＿ｏｂｊが１５ｋｍ／ｈ、相対速度ｖ＿ｒａｄが−１．２メートル、物体角度Ψが−３１度である。
好ましくは、衝突の危機を示す領域は許容差領域によって拡大され、車両８および物体４の有限の寸法が考慮される。この場合、一実施形態によれば、より大きい距離におけるずれは、より小さい距離におけるずれよりも小さい影響を有することを考慮に入れることができる。したがって、許容範囲および衝突の危険を示す領域は距離に依存する場合がある。
図１に戻ると、検出装置３１は、最初に、評価しようとするスペクトル範囲を、負の相対速度ｖ＿ｒａｄを有する物体４に対応する範囲に制限することができる。なぜならば、そのような物体４のみが近い将来に車両８と衝突するかもしれないからである。
さらに、検出装置３１は、スペクトル範囲を、上述の依存性を満たす相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φに制限することができる。パラメータとして残っている物体速度ｖ＿ｏｂｊおよび交差角度Ψを所定の範囲で選択することができる。例えば、所定の閾値よりも小さい交差角度Ψのみを考慮することができる。さらに、所定の閾値よりも小さい物体速度ｖ＿ｏｂｊを有する物体４は考慮しなくてもよい。物体速度ｖ＿ｏｂｊが所定の閾値を超える物体４のみが検出され、評価される。
検出装置３１は、レーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲のうち制限されたスペクトル範囲内の物体を検出する。以下では、単一の物体４についてのみ評価を説明するが、検出装置３１は、複数の物体４を並列して検出することもできる。検出装置３１は、特にレーダデータに基づいて物体４の相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φを決定する。例えば、複数の信号成分をスペクトルのピークとして検出することができ、別個のＤＭＬ角度推定値（決定論的最尤）に基づいて物体角度φを決定することができる。
検出装置３１が物体４を検出した場合、追跡装置３２は、物体４の相対速度ｖ＿ｒａｄ及び物体角度φの時間波形を決定する。
評価装置３３は、相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φの値が実質的に一定のままであるかどうかを決定するように構成されている。このために、評価装置３３は、相対速度ｖ＿ｒａｄおよび入射角の勾配の値がそれぞれの閾値を超えていないかどうかを検査することができる。より一般的には、評価装置３３は、相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φが実質的に一定のままである確率、すなわち物体４との衝突が生じる危機基準もしくは確率を決定することができる。危機基準は、特に、新しいレーダデータに基づいて反復的に適合させることができる。
計算した危機基準に応じて、評価装置３３は、対応するいずれか１つのアンテナ装置２１、２２を選択するようにスイッチング装置２３を制御することができる。
装置１は、さらに第１の計算装置１２および第２の計算装置１４を含む。第１の計算装置１２は、ＦＭＣＷレーダデータに基づいて物体４の速度、距離、および物体角度φをより正確に計算し、追跡するように構成されている。第２の計算装置１４は、ＣＷレーダデータに基づいて、マイクロドップラ効果を計算することによって歩行者検出を行うように構成されている。歩行者検出の結果は、第１の計算装置１２によって考慮することができる。
さらにこの装置は、第１の計算装置１２によって決定されたデータに依存して非常ブレーキをかけることができる非常ブレーキ装置１３を備える。妥当性検査のために、評価装置３３によって生成された危機基準を考慮することもできる。
図５は、危機的な横方向移動を検出する方法のフロー図を示す。この方法は、特に、上述の装置１によって実施することができる。
方法ステップＳ１において、ＣＷレーダ信号が送信され、反射されたＣＷレーダ信号が受信され、レーダデータが生成される。このために使用されるレーダ装置２は、上述したように、異なる検出領域１０、１１を有する複数のアンテナ装置２１、２２を含むことができる。
方法ステップＳ２において、レーダデータにおける衝突に関連したスのペクトル範囲が、レーダ装置２の自車速度ｖ＿ｅｇｏの関数として決定される。特に、相対速度ｖ＿ｒａｄを負の範囲に制限することができる。上記のように、検出されるべき相対速度ｖ＿ｒａｄおよび対応する物体角度φの値もしくは値範囲は、衝突の危機的な状況のみが考慮されるように制限することができる。
方法ステップＳ３では、レーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲に基づいて物体４が検出され、物体４の相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φの時間依存性が決定される。
方法ステップＳ４において、物体４の危機的な横方向移動が、物体４の相対速度ｖ＿ｒａｄおよび物体角度φの時間依存性を利用して検出される。
任意のさらなる方法ステップＳ５では、検出の結果に応じて、特定のアンテナ装置２１、２２を選択もしくは制御することができる。さらに、上述のように、非常ブレーキをかけることができる。

Claims (10)

  1. 危機的な横方向移動を検出する方法において、次のステップ：
    レーダ装置（２）によって、ＣＷレーダ信号を送信し、受信した反射ＣＷレーダ信号に基づいてレーダデータを生成するステップ（Ｓ１）；
    前記レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）の関数として前記レーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲を決定するステップ（Ｓ２）；
    前記決定したスペクトル範囲内の前記レーダデータを評価することによって、物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および物体角度（φ）の時間依存性を決定するステップ（Ｓ３）；および
    前記物体（４）の前記相対速度（ｖ＿ｒａｄ）と前記物体角度（φ）との前記時間依存性を利用して、前記物体（４）の危機的な横方向移動を検出するステップ（Ｓ４）を含む方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、
    前記レーダ装置（２）が、互いに異なる検出領域（１０、１１）を有する複数のアンテナ装置（２１、２２）を含み、前記物体（４）の危機的な横方向移動が検出されたかどうかに依存してアンテナ装置（２１、２２）の制御を行う方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、
    前記物体（４）の危機的な横方向移動が検出された場合、ＦＭＣＷレーダ信号を送信するためにいずれか１つの前記アンテナ装置（２１、２２）を制御し、受信した反射ＦＭＣＷレーダ信号に基づいて前記物体（４）の移動をより正確に決定する方法。
  4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記レーダ装置（２）に複数の受信装置を設け、異なる受信装置によって受信した反射ＣＷレーダ信号の位相差に基づいて前記物体角度（φ）を計算する方法。
  5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
    負の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）を有する前記物体（４）のみが考慮されるように、衝突に関連した前記スペクトル範囲を決定する方法。
  6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）、前記物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）、および前記物体（４）の物体角度（φ）が一定であると仮定して、衝突に関連する前記スペクトル範囲を決定する方法。
  7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）、前記物体（４）の経路（６）と前記レーダ装置（２）の経路（７）との間の交差角度（Ψ）、および前記物体（４）の物体速度（ｖ＿ｏｂｊ）の関数として、衝突の危機を示す相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および対応して衝突の危機を示す物体角度（ｆ）を決定し、衝突に関連した前記スペクトル範囲を、前記レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）、前記交差角度（φ）の所定の範囲、および前記物体速度（ｖ＿ｏｂｊ）の所定の範囲に対応する衝突の危機を示す自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）および衝突の危機を示す物体角度（ｆ）に限定する方法。
  8. 請求項７に記載の方法において、
    さらに前記物体（４）、および前記レーダ装置（２）を有する車両（８）の有限の寸法を考慮して、衝突の危機を示す前記相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および衝突の危機を示す前記物体角度（φ）を決定する方法。
  9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法において、
    前記相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および前記物体角度（φ）の相対変化が所定の閾値を超えていない場合に、前記物体（４）の危機的な横方向移動を検出する方法。
  10. 危機的な横方向移動を検出するための装置（１）において、
    ＣＷレーダ信号を送信し、受信した反射ＣＷレーダ信号に基づいてレーダデータを生成するように構成されたレーダ装置（２）と、
    計算装置（３）であって、該レーダ装置（２）の自車速度（ｖ＿ｅｇｏ）に依存してレーダデータにおける衝突に関連したスペクトル範囲を決定し、決定されたスペクトル範囲のレーダデータを評価することによって物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および物体角度（φ）の時間依存性を決定し、物体（４）の相対速度（ｖ＿ｒａｄ）および物体角度（φ）の時間依存性を利用して、物体（４）の危機的な横方向移動を検出するように構成された計算装置（３）とを含む装置（１）。
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