JP3565862B2 - 車道での電磁波の反射を利用するレーダを用いた車両の対地速度の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、車道での電磁波の反射を利用するレーダを用いた車両の対地速度の測定方法に関する。
従来、車両の対地速度は、車輪の回転速度特に非駆動輪の回転速度を用いて測定されてきた。しかし、制動時にこれらの車輪がロックした場合、あるいは、全輪駆動の車両の場合などは、この速度測定に誤差が生じる可能性がある。このため例えばドップラー効果を用いる方法など、他の速度の測定方法が提案されてきた。
従来の技術では、例えば米国特許第5243564号明細書に示されているような自動車の速度測定装置が公知であり、この装置は車両から発射され、地面から車両に反射される超音波の周波数のドップラー効果による変化を利用している。この明細書では、この種の測定法に関連する問題のうち、車両の水平姿勢の測定への影響の問題を、次のような装置を使用して補償することが提案されている。すなわち、車両の姿勢変化の角度を求めるためにアンチロックブレーキシステムにより測定された車輪の回転速度を用いる装置を使用する。しかし、このようなシステムは車両にアンチロックブレーキシステムの装備を必要とするため高コストであるばかりでなく、このシステムにより得られる測定値にはまだ誤差がある場合がある。すなわち、特に精度向上のために電磁波（レーダ波）を使用する場合には、道路環境に固有の複数の妨害要因に遭遇するからである。とりわけ、車載の受信器への反射波は、経路を多重に経由して到達し、および／または雑多な対象物によって反射される。従って、速度情報を抽出するために行われる周波数分析は、これらの条件によって容易に妨害されて、誤った結果に至る可能性があり、こうした誤った結果は一見正しいもののように思われるだけに検出が困難である。
従って本発明の課題は、追加の装置を必要とせずに、より信頼性の高い結果が得られる車両の対地速度の測定方法を提供することである。
この課題は本発明により、車両と一体化されたレーダによる発射波と地面からの反射波との間のドップラー効果による周波数差を利用する種類の車両の対地速度の測定方法において、レーダと対象物との間の相対的な距離測定値と速度測定値を同時に得ることのできるタイプのレーダを使用し、距離測定値を用いて速度測定値を有効化して解決される。
本発明の重要な１つの実施形態では、組み合わされた距離測定値が、レーダから地面までの距離に相当する固定の距離値Ｄを中心とする所定の固定の距離範囲内にない場合には、速度測定値を排除する。有利には、対象となる距離範囲は、先行して得られた複数の車両速度測定値に応じて変化可能である。
本発明に基づく方法の他の特徴および利点は、下記の説明を読み、添付図を検討することによって明らかになる。
−図１は、妨害のおそれのある状況における速度測定装置を備えた車両を示す略図である。
−図２は、本発明の理解に役立つ、FMCWタイプのレーダにより発射され受信される電磁波を示すダイアグラムである。
−図３は、本発明に基づく方法のフローチャートである。
図１においては、レーダ２を備えた自動車１が示されている。このレーダは、地面方向に入射角ｑで電磁波３を発射し、エコーとして反射波４を受信する。従来、発射波３に対する反射波４のドップラー効果による周波数の変化を分析して、下記の式によって車両の対地速度Ｖを導き出すことができる。

この式において、F_Tは発射波の周波数であり、F_Rは、エコーとしてレーダが受信した反射波の周波数であり、DF＝F_R−F_Tはドップラー効果による周波数差であり、ｃは電磁波の伝播速度である。しかしながら、通常の使用条件においては、発射波３は、例えばレーダを装備した車両１の前を走行する車両５のように、固定あるいは移動している多くの障害物によっても反射される。この場合、レーダを装備した車両は、車両５によって反射された寄生エコー4'も受信する。その結果、レーダ２が受信するエコーは、車両１に対する地面および車両５のそれぞれの相対速度に関係するエコー４および4'の組み合わせに相当する合成周波数F_Rを有する。
レーダ信号の処理によって得られる速度と、例えば車輪の回転速度を測定する従来の装置を用いて得られる速度情報とを比較する方法の他に、地面のエコーに相当する周波数のピーク値を追跡可能なフィルタ例えばカルマンフィルタを用いて、受信周波数の適切なフィルタリングを行うことにより、この不確かさの解決を試みることができる。しかし、このような解決法の場合、寄生エコーのないところで初期化手順を行うことが必要となることに加えて、例えば車両５がレーダの照射範囲内に入ったときに停止していて、その後に加速する場合などに、誤りを生じることがあることがわかった。このような場合には、フィルタが寄生エコー4'に向けられ、正しいように見えても実は誤った速度結果をもたらす場合がある。このことは、特に地面からのエコーが弱い場合、例えば地面が湿っていて寄生エコーが優勢になる場合に言えることである。
本発明では、相対的な距離と速度の測定値を同時に得ることのできるパルス波ドップラー方式のレーダ、または更に下記の例のように、FMCWレーダの名称で公知の周波数変調連続波方式のレーダを使用する。公知のこの種のレーダの発射波および受信波の時間チャートが図２に示されている。この種のレーダは、速度およびレーダから対象物までの相対的距離が同時に測定される利点を有している。このレーダは、例えば中央周波数f₀の周囲の三角変調された周波数F_Tの入射波を発射する。図１の場合にレーダが受信するエコーは、適切なフィルタリングにより２つの周波数F_R1とF_R2とに分割可能である。この場合、電磁波の伝播時間、すなわちレーダと対象物との距離に相当する時間のずれt₁、t₂、およびドップラー効果による周波数差、すなわち対象物の相対的速度に相当する周波数のずれDF₁、DF₂によって、それぞれ周波数F_R1、F_R2に相当する速度と距離の組み合わせ（V₁、D₁）および（V₂、D₂）を定めることができることがわかる。前記のずれは従来は上昇および下降するうなり周波数の線形組み合わせにより計算される。レーダから地面までの距離Ｄは、製造時に決められているため、得られた距離値をこの距離値Ｄと比較することによって、前記２つの組み合わせのうちのどちらが求める測定値に相当するかを判別することができる。
この分析は２つ以上の周波数についても行うことができるが、測定の都度必要なものではない。上記のような適切なフィルタリングにより、初期化時または測定誤差が生じた場合のみ完全な分析を行えばよい。
この方法は図３に概略的に示されている。ステップ10において受信したレーダ信号は、ステップ11において、調節可能なフィルタによってフィルタリングされる。このフィルタリングにより、受信周波数のピーク値の１つを選択する。選択された周波数に基づいて、ステップ12において測定された距離D_mと速度V_mの組み合わせの計算を行う。次に、ステップ13において、距離の測定値が固定の距離値Ｄを中心とする一定の距離範囲［D_min;D_max］内にあることを確認する。この範囲は、先行して測定された複数の速度値に応じて定めることができる。例えば、先行の測定値が車両の加速を示している場合には、D_maxの値を増加させることによってこの範囲を広げ、車両の姿勢変化を考慮することができる。距離の測定値が距離範囲内にある場合には、ステップ14に進み、ここで速度V_mが車両の速度Ｖとして採用される。反対に距離の測定値が距離範囲内にない場合には、ステップ15において、先行の複数の測定値を外挿することにより予測の速度値を車両速度Ｖに割り当てる。車両速度として得られた結果に応じて、フィルタリングのステップ11に対してフィードバックを行う。すなわち速度測定値が受け入れられた場合にはフィルタを実際の周波数に適合させ、また速度測定値が地面に対する車両の相対的速度に相当しない場合には他の周波数ピーク値を選択する。

Claims (3)

1. 車両と一体化されたレーダ（２）による発射波（３）と、地面で反射した後の発射波に相当する反射波（４）との間のドップラー効果による周波数差を利用する形式の車両（１）の対地速度Ｖの測定方法において、
   レーダと対象物との間の相対的な距離測定値（D_m）と速度測定値（V_m）を同時に得ることのできるタイプのレーダを使用し、
   レーダと地面への電磁波が反射した点との間の距離の測定値を用いて速度測定値を有効化することを特徴とする車両の対地速度の測定方法。
2. 組み合わされた距離測定値が、レーダから地面までの距離に相当する固定の距離値Ｄを中心とする所定の固定の距離範囲［D_min・D_max］内にない場合には速度測定値を排除する、請求項１記載の方法。
3. 対象となる距離範囲は、先行して得られた複数の車両速度測定値に応じて変化する、請求項１記載の方法。

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