JP3586414B2 - 車載レーダ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波ビームを機械的にスキャンさせるスキャン機構を有し、且つ自動車等の車両に搭載される車載レーダ装置に関し、特に変位センサ等の余分なセンサを用いることなくスキャン機構の故障検出が可能な車載レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はパラボラ反射鏡を用いた一般的な車載電波レーダ装置の概略構成を示す構成図、図６は電波ビームのスキャンを説明する説明図である。
図５において、１は車載電波レーダ装置から放射される電波ビーム、２は検出対象物で、例えば前方を走行している自動車である。なお、車載電波レーダ装置は以下に述べる各部により構成され、２１は発振器、２２は送信アンプ、２３はサーキュレータ、２４はアンテナの一次放射器、２５はアンテナの反射鏡、２６はアンテナ反射鏡２５を駆動するモータ、２７は受信アンプ、２８はミキサ、２９は信号処理部、３０はモータ２６の回転を制御するモータ制御部、３１は変位センサである。
図５に示すような、電波ビームの機械式スキャン機構を備えたレーダ装置においては、アンテナ（パラボラ反射鏡）をモータ等の動力源を使って、図６に示すように首を振る形で連続的・周期的なスキャンを実現している。この電波ビームのスキャンはモータ制御部３０を持つことで実現できる。ところで、一般的にアンテナ面まで含めたスキャン機構系全体の正常性を判定するためには、アンテナ面に光か磁気等による変位センサ３１を設ける必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車載レーダ装置は上記のように構成され、アンテナの機械式スキャン機構を実現することを考えた場合、できるだけ小型で安価な方式を取る必要がある。しかし、アンテナに変位センサを設置する場合、精度を良くするためには、移動量が一番大きい部位に設置する必要があり、強度・スペース等の制約が発生するため、車載レーダ装置の小型化を実現する上で不利となるという問題があった。従って、余分にセンサを設けることなくスキャン機構系全体に対する故障診断を可能とする手段が必要であった。
【０００４】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、スキャン機構の駆動を制御して放射電波ビーム軸を複数の方向に向ける制御信号と同期させて、検出対象物の検出データのレベルを、各放射電波ビーム軸方向別に、且つ検出対象物との距離別に記憶させる検出データ記憶部と、この検出データ記憶部の記憶データを用いて、同距離にある検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する差分データ算出部と、この差分データ算出部の出力データを、予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、電波ビームのスキャン周期毎に判定するするレベル比較器と、このレベル比較器で差がなしと判定された回数が所定数を超えたとき、スキャン機構が故障していると判定し、故障判定報告信号を出力する故障判定部とを備えることにより、余分にセンサを設けることなくスキャン機構系全体に対する故障診断を可能にした車載レーダ装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車載レーダ装置は、アンテナから放射される電波ビームを機械的に所定の周期でスキャンさせるスキャン機構を有し、放射電波ビーム軸が予め設定された複数の方向を向いたときに検出対象物に関する情報を求めるように構成されると共に、車両に搭載された車載レーダ装置において、スキャン機構の駆動を制御して放射電波ビーム軸を複数の方向に向ける制御信号と同期させて、検出対象物の検出データのレベルを、各放射電波ビーム軸方向別に、且つ検出対象物との距離別に記憶させる検出データ記憶部と、この検出データ記憶部の記憶データを用いて、同距離にある検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する差分データ算出部と、この差分データ算出部の出力データを、予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、電波ビームのスキャン周期毎に判定するするレベル比較器と、このレベル比較器で差がなしと判定された回数が所定数を超えたとき、スキャン機構が故障していると判定し、故障判定報告信号を出力する故障判定部とを備えたものである。
【０００６】
また、停車とみなせる速度で走行中を含む車両の停車中に、検出対象物の検出データを所定期間積分する加算部を設け、加算部の出力データを、検出データ記憶部に入力すると共に、故障判定部が停車中に故障の判定を行うものである。
さらに、所定期間は、検出データのノイズによる変動が平均化される期間が設定されているものである。
また、一回の停車での故障判定部の故障判定報告信号を、車両の運行中に時系列で記憶しておく判定結果記憶部を設け、故障判定部は、判定結果記憶部の記憶データを参照し連続して所定回故障判定があったとき、真の故障と判定するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による車載レーダ装置の故障検出部の構成を示すブロック図で、３つのスキャン軸を有するＦＭＣＷレーダの故障検出部の構成を示している。図２は各スキャン軸方向の検出対象物の検出レベルを説明する説明図である。
上述の課題に対し、実施の形態１では、本来放射電波ビーム軸（以下、スキャン軸と呼ぶことにする）方向毎に得られる検出データは、図２に示すように、それぞれ異なるレベルを示すことに着目した。また、自車両と相対速度が零である物体は、時間軸方向に安定して同じ距離に、ほぼ同じレベルで検出される。しかし、自車両が走行している場合には、安定して相対速度が零の物体を検出できる確率は低い。逆に、自車両が停止している時を考えると、相対速度が零の物体、つまり周辺停止物との関係は安定状態にあると考えられる。そこで、この安定して検出される停止物の検出データを、各スキャン軸方向毎に比較してやれば、アンテナ面まで含んだスキャン機構系全体が機能しているか否かを知ることができる。
【０００８】
別の言い方をすると、図５のモータ制御部１から、スキャン軸が左，中央，右となるようにアンテナ反射鏡を動かす制御信号が出ていても、スキャン機構系が故障していて、アンテナ反射鏡自体のスキャン軸は例えば左になったままであるとすると、スキャン軸を中央，右に向ける制御信号が出ても、その時の検出データは、いずれも左の検出データと同じレベルになっていることになる。
そこで、スキャン機構系の駆動を制御してスキャン軸を左，中央，右方向に向ける制御信号と同期させて、各スキャン軸方向で求められた検出データが時間的に安定して合致している場合は、電波ビームの照射方向が同一である、言い換えると、アンテナ反射鏡がスキャン動作をしていないと考えられるので、スキャン機構系が故障していると判断し、外部へ故障を示す信号を出力すればよい。
なお、図２において、左，中央，右は故障検出のための比較ポイントを表し、３軸でアンテナ反射鏡を一旦停止して検出データを求めてもよいし、アンテナ反射鏡を動かしながら左，中央，右のスキャン軸方向のデータを求めてもよい。
【０００９】
次に、図１において、４は，受信信号（図５のミキサ２８の出力信号）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、５は，Ａ／Ｄ変換器４の出力信号を高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）するＦＦＴ処理部、６は，ＦＦＴ処理されたデータを記憶させる記憶部で、スキャン軸の方向別に記憶領域６ａ，６ｂ，６ｃを有し、スキャン機構系の駆動を制御してスキャン軸を複数の方向（左，中央，右）に向ける制御信号と同期させて、検出対象物の検出データのレベルを、各スキャン軸方向別に、且つ検出対象物との距離別に記憶させる検出データ記憶部である。なお、検出データ記憶部６には、反射波（受信信号）をＦＦＴ処理することで求められた周波数成分も、距離毎に記憶される。この周波数成分は、障害物検出部７で、検出対象物と自車両との相対速度を求めるのに使われる。
【００１０】
８は，検出データ記憶部の記憶データを用いて、同距離にある検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する差分データ算出部、９は，差分データ算出部８の出力データを、予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、電波ビームのスキャン周期毎に判定するするレベル比較器、１０は，レベル比較器９で差がなしと判定された回数を計数する無変化カウント部、１１は，無変化カウント部１０の計数結果が所定値を超えたとき、スキャン機構が故障していると判定し、故障判定報告信号を出力する故障判定部、１２は故障判定報告信号、１３は車速・車輪速信号、１４はしきい値設定信号である。
【００１１】
次に、動作を説明する。
受信信号、即ちミキサ２８の出力信号を、Ａ／Ｄ変換器４でＡ／Ｄ変換する。その出力データをＦＦＴ処理部５でＦＦＴ処理する。ＦＦＴ処理部５の出力データを、検出データ記憶部６に記憶する。検出データ記憶部６に記憶されたデータを元に障害物検知手段７は、検出対象物との距離と相対速度を整理し算出する。これと並行して、差分データ算出部８は、検出データ記憶部６の記憶データを用いて、同距離にある検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する。レベル比較器９は、差分データ算出部８の出力データを、故障判定部１１からのしきい値設定信号に基づいて予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、電波ビームのスキャン周期毎に判定する。
【００１２】
本来各スキャン軸の検出データは、図２に示すようにそれぞれ異なるレベルを示すはずであるから、レベル比較器９で差がなし（変化なし）と判定されたということは、各スキャン軸の検出データが同一方向のものであることを意味する。しかし、スキャン機構系の故障判定を行う上で、１回のレベル比較を元に判断することは危険である。そこで、無変化カウント部１０により、監視期間中所定回数以上変化がないことを検出して、これを元に故障判定手段１１により総合的に故障判定を行う。その結果、スキャン機構系が故障していると判断された場合に、外部に対して故障判定報告信号１２を発する。
【００１３】
実施の形態２．
図３は検出対象物の検出データを時間軸方向に積分することによるノイズ吸収を説明する説明図、図４は実施の形態２及び実施の形態３による車載レーダ装置の故障検出部の構成を示すブロック図である。
実施の形態１において、停止物の検出データを比較する際に、スキャン周期毎、つまりデータ検出周期毎の比較では、ノイズにより安定性を欠くことが考えられる。そこで、実施の形態２は、同一方向の検出パターンを時間軸方向に積分してやれば、安定している停止物のみレベルが上がり、ノイズ分は平均化されて影響が小さくなることに着目して、各スキャン軸方向の検出データを、任意の時間、積分して記憶する手段を設けたものである。このようにすることにより、故障診断のための各スキャン軸方向の検出データ比較での安定度が増し、誤判定を抑えることができる。即ち、スキャン機構の故障検出の誤り率を低く抑えることができる。
【００１４】
図３（ａ）は、ある距離における各スキャン軸の時間軸方向の検出レベルの遷移例を示している。同じ物体を検出していても、実際の検出データはノイズによる変動１５を伴うと考えられる。そこで、図３（ｂ）に示すように、検出データを時間軸方向に所定の期間１６だけ積分することで、ノイズによる変動１５は平均化され影響が小さくなり、真の検出対象物のみ強調されたデータが得られる。なお、上記の積分は、自車両が停車中、又は該車載レーダ装置の距離分解能に対して十分に小さい速度域にある場合（つまり停車とみなせる速度で走行中）、別の言い方をすると停車とみなせる速度で走行中を含む車両の停車中、に限定して行う。
【００１５】
これを実現する構成を図４に示す。図４において、図１と同一符号を付した部分は同一部分を示し、その説明は省略する。１７は加算部で、ＦＦＴ処理部５と検出データ記憶部６との間に設けられ、同一距離データを順次加算（積分）する。この積分回数（積分期間）は、故障判定部１１からの加算回数ｎ制御信号１８により制御することで、環境条件などに柔軟に対応できる構成とする。
また、故障判定部１１が行う故障の判定も上記車両の停車中に行う。自車両停止状態は、自車両の車速または車輪速等を監視してやれば容易に判定できる。
なお、判定結果記憶部１９については、後述の実施の形態３で説明する。また、図４では障害物検出部７の図示は省略してある。
【００１６】
実施の形態３．
前に、自車両が停止時に故障検出をすれば安定度が増すと述べたが、検出方向が例えば駐車場の壁やシャッター等の一様なものであった場合、スキャン軸方向毎のデータは区別が付かなくなる恐れがある。
この場合、誤って故障と判定してしまう可能性がある。そこで、一回の停止期間中に得られる故障判定結果を連続して監視すれば、前述の壁等の例外的な検出データを排除することが出来るので、誤判定を防ぐことが出来る。
【００１７】
そこで、実施の形態３は図４に示すように、一回の停車での判定結果を時系列で記憶しておく判定結果記憶部１９を設けたもので、故障判定部１１は、一回の停車中のスキャン機構系故障判定によらず、走行中の連続する何回かの判定をもって真の故障判定を行うように論理が組まれている。こうすることで、走行中連続して壁に向かっていることは考えがたいので、前述の誤判定はこの手法で防ぐことが出来る。ただし、大型トラックやバス等の直後を走行している場合の信号待ち等では連続して一様なパターンが得られる可能性があるが、これは停止する前の走行状態での検出データを時系列で判断すれば、大型車両の直後に位置していることは判断できる。この大型車両の直後に位置していると判断された場合は、停車中における故障診断を無効とする。よって、前に述べた何回かの停車時の故障判断結果の連続性を見ることで誤判定は防げることになる。
【００１８】
一般に、車両の使用状態を考えれば、路上を走行中に信号待ち等で停車する場合は頻繁にあるので、前記の故障判断禁止の場合は例外的であり、スキャン機構系の故障監視，信頼性保証に対し何ら害するものではない。また、この電波レーダ装置を前方車両発進検出などに使用する場合でも、通常の停止時間に対し、このスキャン機構系故障診断時間は十分に短いので検出データ記憶部６を通常の処理と共有しても問題はない。例えば、スキャン周期を１００ｍｓとして積分回数を１０回としても１．０ｓであり、通常走行での停車時間に対して十分に小さいことが分かる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおり、アンテナから放射される電波ビームを機械的に所定の周期でスキャンさせるスキャン機構を有し、放射電波ビーム軸が予め設定された複数の方向を向いたときに検出対象物に関する情報を求めるように構成されると共に、車両に搭載された車載レーダ装置において、スキャン機構の駆動を制御して放射電波ビーム軸を複数の方向に向ける制御信号と同期させて、検出対象物の検出データのレベルを、各放射電波ビーム軸方向別に、且つ検出対象物との距離別に記憶させる検出データ記憶部と、この検出データ記憶部の記憶データを用いて、同距離にある検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する差分データ算出部と、この差分データ算出部の出力データを、予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、電波ビームのスキャン周期毎に判定するするレベル比較器と、このレベル比較器で差がなしと判定された回数が所定数を超えたとき、スキャン機構が故障していると判定し、故障判定報告信号を出力する故障判定部とを備えたものであるから、スキャン機構系に特別な工夫をすることなく、スキャン機構系の故障診断を行うことが出来る。従って、安価で，小型の高信頼性の車載レーダ装置を得ることが出来るという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車載レーダ装置の故障検出部の構成を示すブロック図である。
【図２】各スキャン軸方向の検出対象物の検出レベルを説明する説明図である。
【図３】検出対象物の検出データを時間軸方向に積分することによるノイズ吸収を説明する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２及び実施の形態３による車載レーダ装置の故障検出部の構成を示すブロック図である。
【図５】パラボラ反射鏡を用いた一般的な車載電波レーダ装置の概略構成を示す構成図である。
【図６】電波ビームのスキャンを説明する説明図である。
【符号の説明】
４ Ａ／Ｄ変換器、５ ＦＦＴ処理部、６ 検出データ記憶部、
７ 障害物検出部、８ 差分データ算出部、９ レベル比較器、
１０ 無変化カウント部、１１ 故障判定部、１２ 故障判定報告信号、
１３ 車速・車輪速信号、１４ しきい値設定信号。

Claims (4)

1. アンテナから放射される電波ビームを機械的に所定の周期でスキャンさせるスキャン機構を有し、放射電波ビーム軸が予め設定された複数の方向を向いたときに検出対象物に関する情報を求めるように構成されると共に、車両に搭載された車載レーダ装置において、
   上記スキャン機構の駆動を制御して上記放射電波ビーム軸を上記複数の方向に向ける制御信号と同期させて、上記検出対象物の検出データのレベルを、各放射電波ビーム軸方向別に、且つ上記検出対象物との距離別に記憶させる検出データ記憶部と、
   この検出データ記憶部の記憶データを用いて、同距離にある上記検出対象物の検出データのレベルを、異なる放射電波ビーム軸方向同士で比較し、差分データを算出する差分データ算出部と、
   この差分データ算出部の出力データを、予め設定されたしきい値と比較して、各放射電波ビーム軸方向における同距離の上記検出対象物の検出データのレベルに差があるか否かを、上記電波ビームのスキャン周期毎に判定するするレベル比較器と、
   このレベル比較器で差がなしと判定された回数が所定数を超えたとき、上記スキャン機構が故障していると判定し、故障判定報告信号を出力する故障判定部とを備えたことを特徴とする車載レーダ装置。
2. 停車とみなせる速度で走行中を含む車両の停車中に、検出対象物の検出データを所定期間積分する加算部を設け、上記加算部の出力データを、検出データ記憶部に入力すると共に、故障判定部が上記停車中に故障の判定を行うことを特徴とする請求項１の車載レーダ装置。
3. 所定期間は、検出データのノイズによる変動が平均化される期間が設定されていることを特徴とする請求項２記載の車載レーダ装置。
4. 一回の停車での故障判定部の故障判定報告信号を、車両の運行中に時系列で記憶しておく判定結果記憶部を設け、故障判定部は、判定結果記憶部の記憶データを参照し連続して所定回故障判定があったとき、真の故障と判定することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の車載レーダ装置。

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