JP4337887B2 - 車載ミリ波レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置の一部が故障しても安全運転制御を実行可能とする車載ミリ波レーダ装置に関する。
従来、ACC(Adaptive Cruise Controlの略)のために車両前方の遠方の他車両との距離を計測する機能とPCS(Pre Crash Safetyの略)制御のために車両前方の近傍にある障害物との距離を計測する機能を備えた車載ミリ波レーダ装置がある。この車載ミリ波レーダ装置では、ミリ波電波を送受信するための電波モジュールを1つのマイコンを備えた制御部で制御している(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−146131号公報
ところが、上記車載ミリ波レーダ装置では、電波モジュールを1つのマイコンを備えた制御部で制御しているため、制御部のマイコンが故障した場合、車両の運転をより快適に行うためのACC制御と運転時の安全性を確保するためのPCS制御とが共に実行できなくなる。
つまり、1つのマイコンが故障することで、車両運転時の快適性が低下するだけでなく、車両の安全性を確保するための機能が低下するおそれがあるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、制御装置のマイコンの一部が故障しても安全運転制御を実行可能とする車載ミリ波レーダ装置を提供することを目的とする。
かかる問題を解決するためになされた請求項1に記載の車載ミリ波レーダ装置(1:この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。)は、送受信手段(10)、第1測距処理手段(40)、第2測距処理手段(30)、故障検出手段(50)及び制御手段(50)を備えている。
送受信手段(10)は、複数の周波数で変調したミリ波電波を送受信可能であり、第1測距処理手段(40)は、送受信手段(10)により所定の周波数で変調したミリ波電波を車両走行中に車両周囲に送受信させ、送受信したミリ波電波に基づいて、車両周囲にある第1物体までの距離の算出処理を行う。
第2測距処理手段(30)は、第1測距処理手段(40)により送受信手段(10)に送信させる所定の変調周波数よりも高い変調周波数で変調したミリ波電波を送受信手段(10)により、車両走行中に車両の周囲に送受信させ、送受信したミリ波電波に基づいて、第1物体よりも車両に近い位置にある第2物体までの距離の算出処理を行う。
故障検出手段(50)は、第2測距処理手段(30)が故障したことを検出し、制御手段(50)は、故障検出手段(50)が第2測距処理手段(30)の故障を検出した場合、第2測距処理手段(30)で行われる距離の算出処理を第1測距処理手段(40)によって行わせる。
このような、車載ミリ波レーダ装置(1)によれば、車両周囲に物体(第1物体)がある場合、第2測距処理手段(30)が故障しても、車両により近いとろにある物体を検出することができるので、車両走行中の安全性を低下させないようにすることができる。以下これについて説明する。
車載ミリ波レーダ装置(1)は、車載されているために周囲環境の変化が大きい。つまり、夏季の炎天下では車載ミリ波レーダ装置(1)は、高温下に晒らされ、冬期には低温下に晒される。また、走行中には、長時間ランダム振動が加わる。
したがって、車載ミリ波レーダ装置(1)において各種処理を行っているマイコン部分は故障する確率が比較的高いと考えられる。
したがって、請求項1に記載のような構成のミリ波レーダとし、マイコン部分の一部が故障しても走行中の車両の安全性を高めるようにするのである。すなわち、請求項1に記載の車載ミリ波レーダ装置(1)では、送受信手段(10)により送受信したミリ波電波に基づき、車両走行中に第1測距処理手段(40)によって車両周囲にある第1物体までの距離を算出する。また、第2測距処理手段(30)によって、車両走行中に第1物体よりも車両に近い位置にある第2物体までの距離を算出している。
そして、第2測距処理手段(30)が故障した場合には、第2測距処理手段(30)において行われる処理が第1測距処理手段(40)で行われる。
したがって、請求項1に記載の車載ミリ波レーダ装置(1)では、車両走行中に第2測距処理手段(30)が故障しても、車両に近い距離にある第2物体までの距離が計測できる。
そして、車両走行中に、第2測距処理手段(30)が故障しても、車両により近い第2物体までの距離を計測することができるので、その距離を用いて車両の停止等の車両制御を行うことができる。したがって、車両の安全運転制御が可能となる。
なお、第1物体とは、車両の前方にある障害物や走行中の他車両を意味しており、第2物体とは、第1物体よりも車両に近い位置にある障害物や走行中の他車両を意味している。
ところで、第2測距処理手段(30)が故障した場合、第2測距処理手段(30)の作動を停止させないと、第2測距処理手段(30)において誤った距離が算出される場合がある。
そこで、請求項2に記載のように、制御手段(50)は、故障検出手段(50)が第2測距処理手段(30)の故障を検出した場合、第2測距処理手段(30)の作動を停止させるようにするとよい。
このようにすると、第2測距処理手段(30)が故障した場合には、第2測距処理手段(30)の作動が停止するので、第2測距処理手段(30)で誤った距離の算出処理を行うことがない。
また、第2測距処理手段(30)の作動を停止する場合、請求項3に記載のように、制御手段(50)により、第2測距処理手段(30)に供給される電力を遮断することによって第2測距処理手段(30)の作動を停止するようにすると、第2測距処理手段(30)の作動が確実に停止するので、車両制御の安全性を高めることができる。
また、車両制御の安全性を高めるためには、請求項4に記載のように、第1測距処理手段(40)で算出した第1物体までの距離を車両走行制御用外部機器(90)へ送信するための第1外部通信手段(72)と、第2測距処理手段(30)で算出した第2物体までの距離を車両走行制御用外部機器(90)へ送信するための第2外部通信手段(74)と、を備え、制御手段(50)は、故障検出手段(50)が第2測距処理手段(30)の故障を検出した場合、第2外部通信手段(74)の作動を停止させるようにしてもよい。
このようにすると、第2測距処理手段(30)が故障し、算出した第2物体までの距離の値が正常ではなくなっても、その値が車両走行制御用外部機器(90)に送信されることがないので、車両走行制御用外部機器(90)は、正常ではない第2物体までの距離の値に基づいて車両制御を行うことがない。したがって、車両制御の安全性を高めることができる。
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
[第1実施形態]
図1は、車載ミリ波レーダ装置1の概略の構成を示すブロック図である。図2は、車載ミリ波レーダ装置1の概略構造を示す図である。車載ミリ波レーダ装置1は、図1に示すように、送受信部10、制御部20から構成され、制御部20には車両走行制御用外部機器としてECU90が接続されている。
送受信部10は、複数の変調周波数で変調したミリ波電波を送受信できるものであり、図2に示すように、ミリ波電波を送受信するアレイアンテナ14、送信電波の発振、変調や受信電波の復調などを行うミリ波モジュール16、制御部20、アレイアンテナ14を保護するためにアレイアンテナ14の前面に設けられるレドーム12などから構成され、車両前部のグリル裏、又は、バンパーに埋め込まれた状態で車両に取り付けられている。
送受信部10は、遠距離計測用の100MHzの変調周波数と近距離計測用の300MHzの変調周波数で変調した76GHzの周波数のミリ波電波を送信し、その反射波を受信する。そして、送信したミリ波電波と受信したミリ波電波の周波数差(ビート周波数)を示すアナログ信号(ビート信号)を出力する。
送受信部10は、1つの送信アンテナと複数の受信アンテナで構成されるアレイアンテナ14からミリ波電波を送信し、複数の受信アンテナで受信されるビート周波数の位相差に基づいて、車両の前方にある物体の距離だけでなく、その方位も計測することができる。
制御部20(図1参照)は、メインマイコン30、サブマイコン40、故障検出・制御部50、A/D変換器60、外部通信I/F70及び電源80を備えている。
メインマイコン30は、サブマイコン40により送受信部10に送信させる所定の変調周波数よりも高い変調周波数で変調したミリ波電波を送受信部10に送受信させ、送受信したミリ波電波に基づいて、第1物体(例えば、他車両)よりも車両に近い位置にある第2物体(例えば、路上の障害物)までの距離の算出処理を行う。
具体的には、送受信部10に変調周波数300MHzで変調した76GHzのミリ波電波を送信させ、第1物体よりも車両に近い位置にある第2物体から反射された電波を送受信部10で受信する。そして、送信したミリ波電波と受信したミリ波電波の周波数の差の信号(ビート信号)に基づいて、第1物体までの距離を計測する。
また、メインマイコン30は、外部からリセット信号が入力されるようになっており、リセット信号がHighレベルのときに作動し、リセット信号がLowレベルのときに作動しないようになっている。さらに、リセット信号がHighレベルからLowレベルになるときに、サブマイコン40に作動を停止する旨の信号を送信する。
サブマイコン40は、送受信部10により所定の変調周波数(100MHz)で変調したミリ波電波を送受信させ、送受信したミリ波電波に基づいて、車両前方にある第1物体までの距離の算出処理を行う。
具体的には、送受信部10に変調周波数100MHzで変調した76GHzのミリ波電波を送信させ、第1物体から反射された電波を送受信部10で受信する。そして、送信したミリ波電波と受信したミリ波電波の周波数の差の信号(ビート信号)に基づいて、第1物体までの距離を計測する。
また、サブマイコン40は、外部からリセット信号が入力されるようになっており、リセット信号がHighレベルのときに作動し、リセット信号がLowレベルのときに作動しないようになっている。さらに、サブマイコン40のROMには、メインマイコン30で実行される測距処理プログラムが格納されており、メインマイコン30から作動を停止する旨の信号を受信すると、その測距処理が行われるようになっている。この測距処理については後述する。
なお、メインマイコン30及びサブマイコン40は、図示しないCPU,ROM,RAM,I/Oから構成されており、ROMには後述する測距処理を行うためのプログラムやデータが格納され、RAMには、処置中のデータなどが格納され、I/Oは、送受信部10や外部通信I/F70との入出力を行う。
故障検出・制御部50は、メインマイコン30が故障したことを検出するとともに、メインマイコン30の故障を検出した場合、メインマイコン30で行われる測距処理をサブマイコン40によって行うように制御する。
故障検出・制御部50において検出する故障は、ROM異常、RAM異常、CPUの暴走、外部データ取り込み異常、演算異常、CPU間通信異常等である。故障検出の詳細は後述する。
故障検出・制御部50は、メインマイコン30及びサブマイコン40へリセット信号を出力するようになっており、メインマイコン30の故障が検出された際には、第1切替スイッチ52をオン、第2切替スイッチ54をオフすることによって、メインマイコン30へのリセット信号をHighレベルとし、サブマイコン40へのリセット信号をLowレベルにする。
前述したように、メインマイコン30及びサブマイコン40はリセット信号がLowレベルになっていれば作動しないので、第1切替スイッチ52をオン、第2スイッチをオフすることによりメインマイコン30が作動しなくなる。
A/D変換器60は、ミリ波モジュール16から出力されるアナログのビート信号を入力し、ディジタル信号に変換して、メインマイコン30及びサブマイコン40へ出力する。
外部通信I/F70は、ECU90などの車両走行制御用外部機器との通信を行うためのものであり、メインマイコン30及びサブマイコン40からの距離、速度、方位などのデータをECU90へ送信するとともに、ECU90からのデータや指令を受信し、メインマイコン30及びサブマイコン40へ送信する。
電源80は、メインマイコン30、サブマイコン40などの制御部20の構成品に電力を供給するためのものである。なお、図1においては、電源80から制御部20の各構成品への電源配線の図示を省略してある。
(正常時の測距処理)
次に、メインマイコン30及びサブマイコン40が正常作動している場合の測距処理について図3に基づき説明する。図3(a)は、メインマイコン30で処理される測距処理(以下、近傍測距処理とも呼ぶ。)のフローチャートであり、図3(b)は、サブマイコン40で処理される測距処理(以下、遠方測距処理とも呼ぶ。)のフローチャートである。
なお、サブマイコン40及びメインマイコン30では、CPU間通信によって同期をとりつつ測距処理が行われるので、理解を容易にするため1つの図(図3)によって、処理の流れを説明する。
近傍測距処理では、図3(a)に示すように、S100において送受信部10のミリ波モジュール16を起動させ、続くS105においてA/D変換器60を起動させる。
続くS110において、ミリ波電波送受信が行われる。つまり、送受信部10のアレイアンテナ14から300MHzの変調周波数で変調した76GHzのミリ波電波を送信させる。
そして、車両前方の第2物体からの反射波をアレイアンテナ14が受信すると、第2物体までの距離と速度及び方位を示すビート信号がミリ波モジュール16から出力される。
続くS115において、A/D変換器60から出力されるビート信号が取得され、続くS120において、A/D変換器60から変換が完了した旨を知らせる変換完了信号を取得し、変換完了信号によりA/D変換が完了したか否かが判定される。
そして、A/D変換が完了したと判定された場合(S120:Yes)は、処理がS125へ移行され、A/D変換が完了していないと判定された場合(S120:No)は、処理がS115へ戻され、A/D変換器60からのビート信号の取得が続けられる。
S125では、サブマイコン40へ遠方測距処理開始の信号が送信され、続くS130では、S115において入力されたビート信号の形状から、第2物体までの距離、速度及び方位が求められる。
続くS135では、サブマイコン40からの距離、速度及び方位データが送信されるのを待ち、そのデータを受信したら、続くS140で、S130において算出した求めた第2物体までの距離、速度、方位、及び、S135において受信した第1物体までの距離、速度、方位が外部通信I/F70を介してECU90などの車両走行制御用外部機器へ送信され、処理が終了される。
一方、サブマイコン40で実行される遠方測距処理では、図3(b)に示すように、S200において、ミリ波電波送受信が行われる。つまり、送受信部10のアレイアンテナ14から100MHzの変調周波数で変調した76GHzのミリ波電波を送信させる。
そして、車両前方の第1物体からの反射波をアレイアンテナ14が受信すると、第1物体までの距離と速度及び方位を示すビート信号がミリ波モジュール16から出力される。
続くS205において、A/D変換器60から出力されるビート信号が取得され、続くS210において、A/D変換器60から変換が完了した旨を知らせる変換完了信号を取得し、変換完了信号によりA/D変換が完了したか否かが判定される。
そして、A/D変換が完了したと判定された場合(S210:Yes)は、処理がS215へ移行され、A/D変換が完了していないと判定された場合(S210:No)は、処理がS205へ戻され、A/D変換器60からのビート信号の取得が続けられる。
続くS215では、S205において入力されたビート信号の形状から、第1物体までの距離、速度及び方位とが求められる。
続くS220では、S215において算出された第1物体までの距離、速度及び方位データがメインマイコン30へ送信され、処理が終了される。
(故障発生時の測距処理)
次に、故障検出・制御部50においてメインマイコン30の故障が検出された場合にサブマイコン40で実行される測距処理について説明する。
メインマイコン30に故障が検出された場合には、遠い距離にある第1物体よりもより近い距離にある第2物体の方が走行中の車両にとって安全性に与える影響が大きい。したがって、メインマイコン30が故障した場合には、メインマイコン30で実行されていた近傍測距処理がサブマイコン40で実行される。
具体的には、図3(a)に示すS100〜S120が実行され、送受信部10からビート信号が取得される。そして、S125が実行されることなく、つまり、サブマイコン40からメインマイコン30へ遠方測距開始信号が送信されることなくS130において、ビート信号から第2物体までの距離、速度及び方向が求められる。
そして、S135が実行されることなく、つまり、メインマイコン30から距離、速度及び方位のデータを受信することなく、S135で、第2物体までの距離、速度及び方位が外部通信I/F70を介してECU90などの車両走行制御用外部機器へ送信されて、処理が終了される。
(故障検出・制御処理)
故障検出・制御部50において実行される故障検出・制御処理について図4に基づいて説明する。図4は、故障検出・制御処理のフローチャートである。故障検出・制御処理では、S300においてCPU異常が検出される。CPU異常は、メインマイコン30及びサブマイコン40に予め定められた加算・乗算を行わせ、その演算結果が正常であるか否かによって検出される。
具体的には、「1+1」の加算が行われ、加算結果が「2」であるか否か、「2×2」の乗算が行われ、乗算結果が「4」であるか否か、「1.01+0.99」という小数点を含む加算が行われ、加算結果が「2.00」であるか否か、が判定される。そして、その判定結果が正しければCPUが正常であり、正しくなければCPUは異常であるという検出結果となる。
続くS305において、ROM異常が検出される。ROM異常は、ROMの所定の番地に所定のデータが格納されているか否かによって検出される。続くS310では、RAM異常が検出される。RAM異常は、RAMに格納されているデータのパリティチェックをすることでRAM異常であるか否かが検出される。
所定の番地に所定のデータが格納されていれば、ROMは正常であり、所定の番地のデータが所定のデータでなければROMは異常であるという検出結果となる。
続くS315において、CPU間通信異常が検出される。CPU間通信異常は、メインマイコン30とサブマイコン40との間で所定のデータを送受信し、その送信データと受信データとが一致しているか否かによって検出される。
送受信データが一致していればCPU間通信は正常であり、データが一致していなければCPU間通信は異常であるという検出結果となる。
そして、S320では、S300〜S315において実行された各異常検出において、異常かあったか否かが判定される。そして、S300〜S315の何れかにおいて異常があった場合(S320:Yes)、続くS325において第1切替スイッチ52がオンされ、第2切替スイッチ54がオフされて処理が終了される。
一方、S300〜S315の何れにおいても異常がなかった場合には、そのまま処理が終了される。
(車載ミリ波レーダ装置1の特徴)
以上に説明した車載ミリ波レーダ装置1によれば、送受信部10により送受信したミリ波電波に基づき、車両走行中にサブマイコン40によって車両前方にある第1物体までの距離を算出し、メインマイコン30によって、車両走行中に第1物体よりも車両に近い位置にある第2物体までの距離を算出している。
そして、メインマイコン30が故障した場合には、メインマイコン30において行われる測距処理をサブマイコン40で行わせるようになっている。
したがって、車載ミリ波レーダ装置1では、車両走行中にメインマイコン30が故障しても車両に近い距離にある第2物体までの距離が計測できる。つまり、車両走行中に、本来車両により近いところにある第2物体までの距離を算出するメインマイコン30が故障しても、車両により近い第2物体までの距離を計測することができるので、車両走行制御用外部機器(ECU90)では、その距離を用いて車両の停止等の車両制御を行うことができる。したがって、車両の安全運転制御が可能となる。
[第2実施形態]
次に、第1実施形態において、メインマイコン30が故障したときに、故障検出・制御部50リセット信号を出力することでメインマイコン30の作動を停止していたが、第2実施形態では、図5に示すようにメインマイコン30に供給する電力電力を遮断することによって、メインマイコン30の作動を停止させている。
つまり、故障検出・制御部50に電源オン/オフ用のスイッチ56を設け、メインマイコン30の故障が検出された場合、スイッチ56をオフすることによってメインマイコン30への電力供給を遮断してメインマイコン30の作動を停止させるのである。
このようにメインマイコン30への電力供給を遮断することによって、メインマイコン30の作動を停止するようにしているので、メインマイコン30の作動が確実に停止する。したがって、車両走行制御用外部機器(ECU90)へ正常でない距離データが送信されることがないので車両制御の安全性を高めることができる。
[第3実施形態]
第1実施形態、第2実施形態では、メインマイコン30の故障を検出した場合、メインマイコン30の作動を停止させていたが、第3実施形態では、図6に記載のように外部のECU90への通信を停止させている。
つまり、メインマイコン30で算出した距離などのデータを車両走行制御用外部機器(ECU90)へ送信する外部通信I/F72及びサブマイコン40で算出した距離などのデータを車両走行制御用外部機器(ECU90)へ送信する外部通信I/F74を制御部20に設ける。
また、故障検出・制御部50には、メインマイコン30から外部通信I/F72への信号ラインをオン/オフするためのスイッチ58を設ける。そして、メインマイコン30の故障が検出された場合、スイッチ58をオフすることによって、メインマイコン30で算出された距離などのデータが車両走行制御用外部機器(ECU90)へ送信されることがないようにするのである。
このようにすると、メインマイコン30が故障していても、誤った測距結果を外部のECU90へ送信することがなく、正常なデータはサブマイコン40からECU90へ送信されるものとなる。したがって、ECU90は安全に車両の制御を行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第1実施形態において、メインマイコン30をリセット状態として作動を停止させていたが、距離などの算出が行われない状態であるか、距離などの算出が行われてもそれがメインマイコン30から出力されない状態とすればよい。
例えば、メインマイコン30を作動させるクロックを停止させてもよいし、メインマイコン30を構成するI/Oの機能のみを停止させてもよい。
車載ミリ波レーダ装置1の概略の構成を示すブロック図である。 車載ミリ波レーダ装置1の概略構造を示す図である。 メインマイコン30及びサブマイコン40で処理される測距処理のフローチャートである。 故障検出・制御処理のフローチャートである。 第2実施形態の車載ミリ波レーダ装置1の概略の構成を示すブロック図である。 その他の実施形態の車載ミリ波レーダ装置1の概略の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1…車載ミリ波レーダ装置、10…送受信部、12…レドーム、14…アレイアンテナ、16…ミリ波モジュール、20…制御部、30…メインマイコン、40…サブマイコン、50…故障検出・制御部、52…第1切替スイッチ、54…第2切替スイッチ、56,58…スイッチ、60…A/D変換器、70,72,74…外部通信I/F、80…電源。

Claims (4)

  1. 複数の周波数で変調したミリ波電波を送受信可能な送受信手段と、
    前記送受信手段により、所定の周波数で変調したミリ波電波を車両走行中に前記車両周囲へ送受信させ、送受信したミリ波電波に基づいて、前記車両周囲にある第1物体までの距離の算出処理を行う第1測距処理手段と、
    前記所定の変調周波数よりも高い変調周波数で変調したミリ波電波を前記送受信手段により、前記車両走行中に前記車両の周囲に送受信させ、前記送受信したミリ波電波に基づいて、前記第1物体よりも前記車両に近い位置にある第2物体までの距離の算出処理を行う第2測距処理手段と、
    前記第2測距処理手段が故障したことを検出する故障検出手段と、
    前記故障検出手段が前記第2測距処理手段の故障を検出した場合、前記第2測距処理手段で行われる距離の算出処理を前記第1測距処理手段によって行わせる制御手段と、
    を備えたことを特徴とする車載ミリ波レーダ装置。
  2. 請求項1に記載の車載ミリ波レーダ装置において、
    前記制御手段は、前記故障検出手段が前記第2測距処理手段の故障を検出した場合、前記第2測距処理手段の作動を停止させることを特徴とする車載ミリ波レーダ装置。
  3. 請求項2に記載の車載ミリ波レーダ装置において、
    前記第2測距処理手段を作動させるための電源を備え、
    前記制御手段は、前記電源から前記第2測距処理手段への電力供給を遮断することによって、前記第2測距処理手段の作動を停止させることを特徴とする車載ミリ波レーダ装置。
  4. 請求項1に記載の車載ミリ波レーダ装置において、
    前記第1測距処理手段で算出した前記第1物体までの距離を車両走行制御用外部機器へ送信するための第1外部通信手段と、
    前記第2測距処理手段で算出した前記第2物体までの距離を車両走行制御用外部機器へ送信するための第2外部通信手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記故障検出手段が前記第2測距処理手段の故障を検出した場合、前記第2外部通信手段の作動を停止させることを特徴とする車載ミリ波レーダ装置。
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