JP4082286B2 - 前方物体位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両前方に存在する障害物を検出する前方物体位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーダを用いた物体位置検出装置としては、例えば、特開2002−122669号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。この特許文献1に記載されたものは、レーダの検出角度内に存在する物体までの距離と方位、及び物体の横幅を計測し、これらの情報から物体の横位置の動きベクトルを計測し、計測中の横幅を記憶しておき、計測中の物体の一部が検知角外に出たと判断する場合には、記憶しておいた物体の横幅と、検知角度内で測定した物体の横位置の動きベクトルに基づいて、検知角度外の部分の横位置を補間する。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−122669号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献1に記載された方法では、記憶しておいた物体の横幅と物体の横位置の動きベクトルにより検知角外の部分の横位置を補間しているため、カーブ路走行中のような物体の横方向の移動ベクトルを正確な検出が困難な状況においては、横位置を正確に求めることができないことがある。
【0005】
つまり、前方車両、及び自車両がカーブ路を走行中の場合には、直線路よりも物体からの反射がばらつくため、横幅の変動が大きくなる。このため、前方車両の横位置の軌跡はきれいな円弧を描くことができない。
【0006】
即ち、本来カーブ路走行中の自車両からみた先行車両位置は、道路曲率に沿って変化するが、検出した横位置の動きベクトルを用いると道路曲率の推定ができなくなってしまい、その結果、物体の一部が検知角外に出てしまったときには、検知角度外の部分の横位置を正確に補間することができない場合があった。このため、従来装置による、記憶しておいた横幅と横位置の動きベクトルから補間するという方法では、検知角外の横位置を正確に補間することができないという問題が生じていた。
【0007】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、自車両の前方に存在する物体位置を、精度良く検出することのできる前方物体位置検出装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、自車両に搭載されて自車両前方に存在する物体位置を測定する前方物体位置検出装置において、自車両前方に送信波を走査させながら出射して、自車両前方に存在する前方物体による反射波を検出し、検出した反射波に基づいて、自車両に対する前記前方物体の位置を示す複数の検出点を生成する位置検出手段と、所定のサンプリング周期で、前記位置検出手段で検出された複数の検出点をグルーピングして前記前方物体を検出する物体検出手段と、前記物体検出手段の検出データに基づき、前記前方物体までの距離、及び前方物体の物体幅、及び物体幅方向の中心位置を計測する物体計測手段と、前記物体計測手段による測定結果を記憶する物体位置記憶手段と、自車両の挙動を検出する車両挙動検出手段と、前回サンプリング時の前記前方物体の位置と、今回サンプリング時の前記前方物体の位置との関係に基づき、自車両に対する前記前方物体の相対速度を求めると共に、この相対速度(V0)、前記車両挙動算出部より出力されるスリップ角(Slip)及びヨーレート(Yaw)、前回サンプリング時に計測された前方物体の横方向中心位置(X0)、今回サンプリング時に計測された先行車までの距離(Z)に基づいて、今回サンプリング時の前記前方物体の横方向中心位置(X1)を推定する物体位置推定手段と、前回サンプリング時に計測された前記前方物体の物体幅と、今回サンプリング時に検出された前記前方物体の物体幅との差分を求め、この差分が所定値よりも大きい場合には、今回サンプリング時の、前記物体位置推定手段で推定される前方物体の横方向中心位置(X1)と、今回サンプリング時の、前記前方物体の検出点の位置(X)との位置関係に基づき、この検出点の位置(X)が前記前方物体の中央部であるか、左端部であるか、或いは右端部であるかを判定する部位判定手段と、前記部位判定手段により判定された前記検出点(X)の位置と、過去のサンプリング時に検出された前記前方物体の物体幅の平均値(Wa)に基づいて、今回サンプリング時の前方物体の物体幅を補正する物体位置補正手段と、を具備したことを特徴とする。
【0009】
【発明の効果】
本発明に係る前方物体位置検出装置及び方法では、レーダからの反射をグルーピングして得られた物体において、記憶されている過去の物体幅と現在の物体幅との差が所定値より大きくなっている場合には、記憶されている位置情報、物体幅と自車両の運動から補間することにより、現在位置を正確に求めることができる。
【0010】
これにより、移動軌跡が正確に求めることが難しいカーブ路で追従走行中に物体の一部が検知角外になった場合であっても、検知角外に出た部分の位置を正確に求めることができる。
【0011】
また、先行車を追従走行中に自車両が車線変更を行い、追従走行中の物体の横移動ベクトルが急変するような場合においても、検知角外になった物体の存在位置を正確に求めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、距離センサとしてスキャニングレーザレーダ(以下、レーザレーダ)を使用する場合を例に挙げて説明する。
【0013】
[前方物体位置検出装置の構成]
図1は、本実施形態に係る前方物体位置検出装置の構成を示す機能ブロック図である。図示のように、この前方物体位置検出装置は、車両前方に設けられたレーザレーダ1と、車両の走行時の挙動を検出する車両挙動検出部2と、レーザレーダ1及び車両挙動検出部2より出力される情報に基づいて、自車両前方に存在する物体位置を検出する物体位置検出処理をする演算部3とを備えている。
【0014】
図2は、自車両11の前部に搭載されるレーザレーダ1、及びレーザレーダ1によるレーザの照射方向を示す説明図であり、同図(a)は側面図、(b)は平面図をそれぞれ示している。図示のように、レーザレーダ1は、スキャニング面において所定の角度で光軸Lを変更することで、所定のスキャン範囲でレーザ光を走査する。これにより、レーザレーダ1はスキャン範囲に存在する自車両11前方の物体に、レーザ光を照射する。
【0015】
このレーザレーダ1は、出射したレーザ光が前方に存在する物体に照射されて反射された反射レーザ光を検出することで、反射レーザ光の光強度に基づいた反射信号を取得する。更に、該レーザレーダ1は、取得した反射信号に基づいた距離計測処理を行うことにより、前方物体までの距離計測情報を算出して演算部3に出力する。
【0016】
車両挙動検出部2は、車両のシフトポジションを検出するシフトポジションセンサ21と、車両左右後輪の車輪速を検出する車輪速センサ22と、車両の操舵角を検出する操舵角センサ23とを備える。このシフトポジションセンサ21、車輪速センサ22、操舵角センサ23より出力されるセンサ信号を用いて、車両位置、移動距離、スリップ角、ヨーレートを算出する演算装置24を備える。
【0017】
この車両挙動検出部2は、各センサ21,22,23からの自車両11の位置、移動距離、スリップ角、ヨーレートを、車両走行情報として演算部3に出力する。
【0018】
演算部3は、車両内部に搭載されたCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、入出力I/F等からなるマイクロコンピュータで構成されており、物体検出手段31と、物体計測手段32と、物体位置記憶手段33と、物体位置補正手段34の各機能ブロックに分割される。
【0019】
また、物体位置補正手段34は、物体位置推定手段341と、部位判定手段342と、検知角端部位判定手段343を具備している。更に、演算部3は、レーザレーダ1及び車両拳動検出部2より得られる情報に基づいて、自車両11の前方に存在する物体位置を検出する物体位置検出処理を行う。なお、この物体位置検出処理の詳細については後述する。
【0020】
[前方物体位置検出装置の動作]
この前方物体位置検出装置では、自車両11が走行している場合において、レーザレーダ1により自車両11の前方に存在する物体の距離計測処理を行う。ここで、図3に示すように、自車両11がカーブ路を走行中で、その前方のスキャン範囲内に物体A、Bが存在する場合を例に挙げて説明する。
【0021】
レーザレーダ1は、スキャン範囲のスキャニング面内でレーザ光を走査して距離計測処理を行うことにより、スキャン範囲に存在する物体までの距離情報を得る。その結果、前方に存在する物体A、Bに対し、検出点a〜fの距離情報が検出される。なお、同図に示す(t)、(t−1)は、検出時刻を示す符号である。
【0022】
図3では、検出点a〜fは、前方に存在する物体A、Bについて得た距離に基づいてプロットしている。そして、レーザレーダ1は、検出点a〜fについての情報を演算部3に出力する。
【0023】
演算部3の物体検出手段31は、同一物体として判断される反射点をグルーピング処理し、物体として検出する。このグルーピング処理では、図3に示すように、時刻tにおける反射点c(t)とf(t)は略同一の距離に存在し、前回の計測(時刻t−1)から、時間的に連続して同一の方向に移動しているため、同一物体Aからの反射であるものと判断し、グルーピング処理を行う。
【0024】
同様に、時刻tにおける、a(t)、b(t)、d(t)、e(t)も略同一の距離に存在し、前回の計測から時間的に連続して同一方向に移動しているので、同一物体Bからの反射であるものと判断し、グルーピング処理を行う。
【0025】
演算部3の物体計測手段32は、グルーピング処理した物体の結果として、自車両11からの距離と、前方に存在する物体の中心位置(以下、横位置という)、及び物体幅を算出し、演算部3の物体位置記憶手段33でRAMに記憶する。
更に、演算部3は、図4に示すように、前回記憶した物体A(t−1)と今回記憶した物体A(t)との間の比較を行い、前回の検出による物体Aの位置と、今回の検出による物体Aの位置が時間的に小さな距離しか移動していないものを同一物体と判定し、移動した距離に基づき相対速度を算出して、追加情報としてRAMに記憶する。
【0026】
演算部3の物体位置補正手段34は、図4のA(t+4)、及びA(t+5)に示す点p1,p2のように、追従中の物体の一部がレーザレーダ1の検知角外となった場合に、この検知角外となった部分(点p1,p2)の位置を求め、計測で得られた位置情報を正しい値に補正する。また、A(t+2)の点p3に示すように、追従中の物体Aが他の物体Bに隠されて物体の一部が見えなくなった場合についても、検知角外になった場合と同様に、見えなくなった部分の位置を求め、位置補正を行う。
【0027】
ここで、物体の一部が検知角外となったかどうか、或いは他の物体に隠されて見えなくなったかどうかの判定は、計測する物体幅が、前回の測定値よりも大幅に変化した場合、即ち、前回測定された物体幅と今回測定した物体幅との差が、所定値よりも大きい場合には、今回測定時の物体は、その一部が検出不能となっている(検知角外、或いは他の物体に隠れた状態)と判断し、検出不能となっている部分の位置補正を行う。
【0028】
図4に示す如くのカーブ路走行中に、自車両11左側の先行車を追い越すような場合、自車両との車間距離が短くなるにつれ、先行車の外側の部分が検知角外となる。このとき、カーブ路ではレーザレーダ1のスキャン面と、先行車のリフレクタ面が必ずしも平行にならないため、直進路を走行しているときと比較して、物体幅が変動するので、先行車の横位置の軌跡がきちんと道路形状を示していない。
【0029】
そこで、演算部3の物体位置推定手段341は、車両挙動算出部2より出力されるスリップ角(Slip)、及びヨーレート(Yaw)と、前回の処理で計測された先行車の横位置(X0)、相対速度(V0)、今回計測された先行車までの距離(Z)を用いて、以下の(1)式により、先行車の推定位置(X1)を算出する。
【0030】
X1=X0+V0*sin(Slip)+Z*tan(Yaw)・・・(1)
つまり、前回計測された先行車の横位置X0に、スリップ角によるズレ、及びヨーレートによるズレを加算することにより、今回計測時における先行車の横位置X1を推定する。
【0031】
演算部3の部位判定手段342は、物体位置記憶手段33にて記憶されている過去の物体幅の平均値(Wa)を算出し、(1)式で算出した先行車の推定位置X1と、今回計測された先行車の横位置Xとの比較を行い、図5に示すように計測した反射点(横位置X)が物体のどの部位に相当するか判定する。部位の判定は、X−X1の値(D)が以下に示す(a1)を満たすときは中央部、(a2)を満たすときは右端部、(a3)を満たすときは左端部と判定する。
【0032】
(a1)|D|≦Wa/6
(a2)D>Wa/6
(a3)D<−Wa/6
つまり、今回の計測により得られた先行車の横位置Xが、先行車の横幅全体によるものではないので、この横位置Xが、先行車の右端部、中央部、左端部のうちのどの位置に相当するかが判らない。よって、(1)式による推定位置X1と、計測された横位置Xとの間の距離Dに基づき、上記の(a1)〜(a3)の条件により、右端部、中央部、或いは左端部のうちのどの位置に相当するかを判断する。
【0033】
演算部3の検知角端部位判定手段343では、図4のA(t+5)に示す如くの、物体(点p4)が検知角ぎりぎりの位置、即ち、レーザレーダ1による検知角度内の、検知が可能な領域と検知が可能でない領域との境界線の近傍に存在すると判断したときには、前記の(a1)〜(a3)の判定に対して、図6に示すように制限する。
【0034】
例えば、スキャン角度12°(−6°〜+6°)のレーザレーダ1を用いた場合には、測定された物体の方位が−5.0°より小さい(つまり、−5°〜−6°の間)場合には、部位判定はD<0となるときは中央部、D≧0となるときは右端部とする。
【0035】
また物体方位が5.0°より大きい(つまり、5°〜6°の間)場合には、部位判定はD>0となるときは中央部、D≦0となるときは左端部とする。
【0036】
演算部3は、判定した部位結果に基づき、以下の手順により、先行車両の横位置(X)、及び物体幅(W)の値を補正する。即ち、計測された横位置Xが中央部と判定された場合には、先行車の左端(Xe)、右端(Xs)は、(2)式、(3)式で算出する。
【0037】
Xs=X+Wa/2 ・・・(2)
Xe=X−Wa/2 ・・・(3)
つまり、図5に示す計測された横位置Xが、中央部であると判定された場合には、この横位置Xは、推定位置X1と同一点であると判断されるので、中央部の横位置Xに、物体幅Waの1/2を加算することにより、右端(Xs)を求め、物体幅Waの1/2を減算することにより、左端(Xe)を求める。そして、これらの値から、先行車の中心部の横位置、及び物体幅を補正する。
【0038】
また、計測された反射点が右端であると判定された場合には、計測された物体幅をW(図5,図6参照)とすると、左端Xe、右端Xsは、以下に示す(4)、(5)式で算出することができ、これらの値から横位置と物体幅を補正する。なお、図5,図6では、横位置Xを一つの点で示しているが、実際には、複数個の検出点が存在する。よって、物体幅Wは、実際の物体幅(平均値Wa)よりも極めて小さい値(両者の差分が所定値以上)で測定されている。
【0039】
Xs=X+W/2 ・・・(4)
Xe=(X+W/2)−Wa ・・・(5)
他方、計測された反射点が左端であると判定された場合には、計測された物体幅をWとすると、左端Xe、右端Xsは、(6)式、(7)式で算出し、これらの値から横位置と物体幅を補正する。
【0040】
Xs=(X−W/2)+Wa ・・・(6)
Xe=X−W/2 ・・・(7)
こうして、物体の一部が測定不能となった場合であっても、補正により、この物体の左端Xe、右端Xs、及び物体幅を求めることができるのである。
【0041】
[演算部3による物体検出手順]
図7に、演算部3により物体位置検出処理を行うときの処理手順を示すフローチャートを示す。まず、自車両11が走行しているときにおいて、ステップS1以降の処理を開始する。
【0042】
ステップS1において、レーザレーダ1により車両前方をスキャン範囲内でレーザ光をスキャンし、前方に存在する物体からの反射レーザ光を得る。これにより、レーザレーダ1は、自車両11の前方に存在する物体との距離計測情報を得て、各検出点に関する情報を求める。
【0043】
その後、ステップS2では、演算部3は、前回の検出点との比較により各検出点の移動方向を算出し、次のステップ3の処理に移行する。
【0044】
ステップS3では、ステップS1で検出した検出点が同一物体からの反射であるかどうか判定する。このとき、演算部3は、反射したレーザ光が同一の距離にあり、ステップS2で算出した移動方向が同一方向であると判断したときには、同一物体からの反射光であるものと判断し、グルーピング処理を行い、物体として検出し、次のステップS4の処理に移行する。
【0045】
ステップS4では、検出した物体の自車両からの距離、横位置、物体幅を算出しRAMに記憶し、次のステップS5の処理に移行する。
【0046】
ステップS5では、前回記憶した物体の、自車両からの距離、横位置、物体幅と、今回記憶した物体の自車両からの距離、横位置、物体幅の比較を行い、同一物体と判定された場合には、追従中の物体として相対速度を算出し、RAMに記憶し、次のステップS6の処理に移行する。同一物体が存在しなければ、新規検出物体として、ステップS12の処理に移行する。
【0047】
ステップS6では、演算部3は、前回記憶した物体幅と今回検出した物体幅との比較を行い、物体位置補正が必要であるかどうかを判断する。このとき、演算部3は、前回の物体幅と今回の物体幅の差が所定値以上となる場合には、補正処理が必要と判断し、ステップS7の処理に移行する。物体幅の差が所定値未満となる場合には、ステップS12の処理に移行する。ここで所定値は、普通車の片側リフレクタが検知角外に丁度出たときの物体幅が通常の3/4であると想定すると、普通車の車両幅の1/4程度となる値に設定する。
【0048】
その後、ステップS7において、演算部3は、推定位置の算出を行う。このとき演算部3は前回の横位置、相対速度と、今回計測された自車両11までの距離及び車両挙動検出部2で算出されたスリップ角、ヨーレートを用いて、前述した(1)式を用いて推定位置X1を算出し、ステップS8の処理に移行する。
【0049】
ステップS8では、演算部3は検出された物体の方位が検知角ぎりぎりにあるかどうか判断する。物体が検知角ぎりぎりに存在すると判定された場合には、ステップS9の処理に移行し、検知角ぎりぎりに存在しないと判定された場合には、ステップS10の処理に移行する。
【0050】
ステップS9では、演算部3は、計測された横位置と推定位置との比較を行い、計測された検出点が物体のどの部位に当たるか判定し、ステップS11の処理に移行する。
【0051】
更に、ステップS10において、演算部3は、ステップS9と同様に計測された横位置と推定位置との比較を行い、計測された検出点が物体のどの部位に当たるか判定し、ステップS11の処理に移行する。
【0052】
ステップS11において、演算部3は、物体の位置情報を補正する。このとき演算部3は、ステップS9、S10で判定した部位に従って、(2)式〜(7)式を用いて物体の右端、左端を算出し、これらの値を用いて、物体の横位置と物体幅の値を補正し、ステップS12の処理に移行する。
【0053】
ステップS12において、演算部3は、ステップS4〜ステップS11の処理で得た自車両11に対するZ方向における距離、X方向における距離、物体幅、相対速度を、例えば運転者が認識できるような形態にして提示する。
【0054】
このようにして、本実施形態に係る前方物体位置検出装置では、レーザレーダ1で検出される反射波の信号をグルーピングして得られる物体において、記憶されている過去の物体幅と現在の物体幅との差が所定値より大きくなっている場合には、記憶されている位置情報、物体幅と自車両の運動から補間することで、現在位置を正確に求めることができる。
【0055】
これにより、移動軌跡を正確に求めることが難しいカーブ路で追従走行中に物体の一部が検知角外になった場合であっても、検知角外に出た部分の位置を正確に求めることができる。
【0056】
また、先行車を追従走行中に自車両が車線変更を行い、追従走行中の物体の横移動ベクトルが急変するような場合においても、検知角外になった物体の存在位置を正確に求めることができる。
【0057】
更に、前回検出された物体の位置情報と自車両の車速と操舵角情報から計算されるスリップ角、及びヨーレートを用いて、現在の物体位置を推定し、実際に計測された反射点から求められた位置と比較することにより、計測された反射点が物体のどの部位に相当するかを判断することができる。
【0058】
これにより、追従走行中に物体の一部が検知角外に出た場合だけでなく、検知角内での他の物体や外乱の影響により、物体の一部が見えなくなる状況においても、見えない部分を正確に求めることができる。
【0059】
また、物体が検知角ぎりぎりに存在する場合には、計測された反射点の出力を右端部と中央部、或いは中央部と左端部のように制限を設けることで、検知角ぎりぎりでの物体位置を正確に求めることができる。
【0060】
これにより、物体の大部分が検知角外にあり、一部だけが検知角ぎりぎりに存在し、測定誤差が通常よりも大きい状況においても自車両の走行に影響を与えるような誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る前方物体位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図2】車両に搭載されるレーザレーダによるスキャン範囲を示す説明図であり、(a)は側面図、(b)は平面図である。
【図3】複数物体から得られる検出点を用いてグルーピング処理を行い、物体を検知する手順を示す説明図である。
【図4】自車線及び隣接車線の先行車から、時系列的に得られる検出点を示す説明図である。
【図5】物体の一部が検知角外になった場合、或いは他の物体で隠されたときに、検出した反射点が物体のどの部分に相当するか判断する手順を示す説明図である。
【図6】物体の大部分が検知角外になったとき、検出した反射点が物体のどの部分に相当するか判断する手順を示す説明図である。
【図7】本実施形態に係る前方物体位置検出装置の処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 レーザレーダ
2 車両挙動検出部
3 演算部
11 自車両
21 シフトポジションセンサ
22 車輪速センサ
23 操舵角センサ
24 演算装置
31 物体検出手段
32 物体計測手段
33 物体位置記憶手段
34 物体位置補正手段
341 物体位置推定手段
342 部位判定手段
343 検知角端部位判定手段
Claims (1)
- 自車両に搭載されて自車両前方に存在する物体位置を測定する前方物体位置検出装置において、
自車両前方に送信波を走査させながら出射して、自車両前方に存在する前方物体による反射波を検出し、検出した反射波に基づいて、自車両に対する前記前方物体の位置を示す複数の検出点を生成する位置検出手段と、
所定のサンプリング周期で、前記位置検出手段で検出された複数の検出点をグルーピングして前記前方物体を検出する物体検出手段と、
前記物体検出手段の検出データに基づき、前記前方物体までの距離、及び前方物体の物体幅、及び物体幅方向の中心位置を計測する物体計測手段と、
前記物体計測手段による測定結果を記憶する物体位置記憶手段と、
自車両の挙動を検出する車両挙動検出手段と、
前回サンプリング時の前記前方物体の位置と、今回サンプリング時の前記前方物体の位置との関係に基づき、自車両に対する前記前方物体の相対速度を求めると共に、この相対速度(V0)、前記車両挙動算出部より出力されるスリップ角(Slip)及びヨーレート(Yaw)、前回サンプリング時に計測された前方物体の横方向中心位置(X0)、今回サンプリング時に計測された先行車までの距離(Z)に基づいて、今回サンプリング時の前記前方物体の横方向中心位置(X1)を推定する物体位置推定手段と、
前回サンプリング時に計測された前記前方物体の物体幅と、今回サンプリング時に検出された前記前方物体の物体幅との差分を求め、この差分が所定値よりも大きい場合には、今回サンプリング時の、前記物体位置推定手段で推定される前方物体の横方向中心位置(X1)と、今回サンプリング時の、前記前方物体の検出点の位置(X)との位置関係に基づき、この検出点の位置(X)が前記前方物体の中央部であるか、左端部であるか、或いは右端部であるかを判定する部位判定手段と、
前記部位判定手段により判定された前記検出点(X)の位置と、過去のサンプリング時に検出された前記前方物体の物体幅の平均値(Wa)に基づいて、今回サンプリング時の前方物体の物体幅を補正する物体位置補正手段と、
を具備したことを特徴とする前方物体位置検出装置。
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