JP4597428B2 - 車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法に関し、特にミリ波レーダを用い先行車警報機能を有する衝突防止用の車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の自動車などに搭載される車両用レーダ装置は、前方や後方を走行する他の自動車を監視して距離、及び相対速度を同時に測定することができる。特に前方を走行する自動車、すなわち、先行車の監視は自動車の追突、あるいは衝突事故を未然に防ぐものであり、今後大いに役立つことが期待されている。
【0003】
このような先行車警報機能は、自車が前方を走行する車両を捕捉するセンシング装置を備え、自車線上に位置する車両に対して安全を確保できず衝突の危険性が有る場合にはアラーム音などによりドライバに警告を与えるものである。衝突の危険性は、通常、自車と先行車の車間距離や相対速度等により危険度合いを計算し、その危険度合いの程度に応じてドライバに対して衝突注意警報や衝突危険警報を段階的に発する。この衝突注意警報や衝突危険警報はドライバにとっては的確なタイミングで発せられる必要がある。
【0004】
上記センシング装置としては、従来より光レーダが一般的に用いられてきた。この光レーダを用いた従来の第1の車両用レーダ装置は、小型で低コストであり100m以上の車両を捉えることが可能である。しかしながら、光レーダは、降雨、降雪、霧発生時に光の伝達が妨げられ、また、西日等光レーダの使用波長と類似のスペクトルの強力な光が入力するような場合は受信反射信号との判別が困難等の問題から、全天候、及び全環境下においては確実な動作が期待できず、性能上、多くの課題を抱えている。
【0005】
近年、電波レーダが急速に開発が進み車両のセンシング装置として普及しつつある。特に、ミリ波帯の電波を用いたミリ波FMCWレーダ装置が装置構成の簡単さから広く使われている。
【0006】
FMCWレーダ装置は、変調用三角波によってFM変調された連続波を送信波として前方に位置する自動車などの障害物に向けて送信して、障害物によって反射されて戻ってきた反射波を受信波として取り入れて、その時の送信波と受信波をミキシングして得られるビート信号を例えばFFTのような周波数解析手法によって信号処理することで障害物との距離、及び相対速度を算出することができる。
【0007】
ミリ波レーダを用いた従来の第2の車両用レーダ装置は、はフィールドに存在する多くの障害物を捉えることが可能であり、例えば本発明にて利用している先行車の前方車をも捉えることも可能であることがわかっている。
【0008】
従来の第1及び第2の車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法では、先行車に対しての危険判断しか行わないため、道路交通状況に応じた早期の危険検知が難しいなどの問題があった。
【0009】
先行車との車間時間、相対速度、相対加速度から自車に対する先行車の危険度合いを求めて、その危険度合いの程度に応じて段階的にドライバに注意、或いは警告をドライバの視覚と聴覚に向けて発するものである。
【0010】
しかし、従来手法では危険警報は自車に対して最も近い先行車を対象に判断して危険警報は発せられるので、様々なトラフィック状態に応じて柔軟な危険検知や早期の危険検知を行うには、先行車だけの情報だけでは不十分であるなどの問題がある。例えば車両が連なって走行している場合には、先行車がその前方車に近づいたことにより先行車が急減速するという事象は予測することができず、この時点で自車は衝突の危険性に潜在的にさらされる。この潜在的な危険性は前方車や前々方車などの挙動により発生するものであり、先行車だけに着目したのでは予期することがむずかしい。
【0011】
このように、先行車がさらにその先の前方車に接近して最小車間距離を下回った場合には先行車は急減速する可能性が高く自車における危険性が増大することになるが、従来手法ではこの事象を捉えることは極めて難しい。従って、危険を予め検出してドライバに知らせるということができないためドライバは潜在的な危険にさらされるという問題があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の第1の車両用レーダ装置は、降雨、降雪、霧発生時に光の伝達が妨げられ、また、西日等光レーダの使用波長と類似のスペクトルの強力な光が入力するような場合は受信反射信号との判別が困難等の問題から、全天候、及び全環境下においては確実な動作が期待できず、性能上、多くの課題を有するという欠点があった。
【0013】
また、従来の第1及び第2の車両用レーダ装置は、先行車に対しての危険判断しか行わないため、道路交通状況に応じた早期の危険検知が難しいという欠点があった。
【0014】
本発明の目的は、従来方法による上記欠点を解決し、全天候及び全環境下において確実に機能するとともに、様々なトラフィック環境において衝突の危険性を予め予測し、高速走行する自車にかかる危険性を確実に回避することができる車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法を提供することにある。
【0015】
請求項1記載の発明の車両レーダは、 電波信号を用いて自車と障害物であるターゲットとの距離及び前記ターゲットとの相対速度を検出して前記ターゲットの前記自車への危険程度を求めドライバに警告を発する車両用レーダ装置において、ミリ波帯の連続波に三角波の周波数変調を行ったFMCW信号である前記電波信号を送信信号として送信し前記ターゲットからの反射波を受信して前記送信信号とミキシングを行いビート信号を出力するレーダヘッドと、前記ビート信号の高周波成分を除去しローパスビート信号を出力するローパスフィルタと、前記ローパスビート信号を増幅し増幅ビート信号を出力する増幅器と、前記増幅ビート信号をアナログディジタル(A/D)変換したディジタルビート信号の情報処理を行い複数の前記ターゲットの中から前記自車に最も近い自車線上の車両である先行車及びこの先行車の前方に位置する前記先行車に最も近い前記自車線上の車両である前方車を捕捉識別し、前記先行車の前記自車に対する危険程度及び前記前方車の前記先行車に対する危険程度から前記先行車の前記自車に対する前記危険程度を段階的に求めて前記ドライバに前記警告を発する先行車警報部と、カーブ路における自車の角速度を測定し角速度値を出力するヨーレートセンサとを備え、前記先行車警報部が、前記増幅ビート信号をA/D変換し一定時間でサンプリングされた前記増幅ビート信号の離散値データである前記ディジタルビート信号を出力するA/D変換器と、前記ディジタルビート信号を処理し前記自車に対する前記先行車の距離と相対速度及び前記先行車と前記前方車の認識情報を含むターゲット情報を出力するターゲット処理部と、前記ヨーレートセンサから得た前記角速度値から道路半径を算出する半径推定器と、前記道路半径に基づいて前記自車の走行する軌跡である自車軌跡を算出する自車軌跡推定器と、前記ターゲット情報に基づき前記ターゲットから前記自車に対する危険度が高いかどうかを判別する危険警報部とを備え、前記危険警報部が、前記ターゲット情報に基づいて、前記先行車と前記自車との余裕車間時間を示す余裕車間時間情報を参照して前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険度判定信号を出力する先行車危険警報判定器と、を備え、前記余裕車間時間情報を参照して算出される危険程度は、前記余裕車間時間情報の値を予め定められる基準値と比較することにより算出され、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より小さい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以上の値とし、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より大きい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以下の値とすることを特徴とするものである。
【0016】
請求項2記載の発明の車両レーダは、 前記余裕車間時間情報は、前記先行車と前記自車との実際の車間時間から最小車間時間を減算して導かれる時間であることを特徴とするものである。
【0017】
請求項4記載の発明の車両レーダは、前記危険警報部が、前記自車のドライバがブレーキ操作を行っているかどうかをブレーキON/OFF検知により判定し判定結果のブレーキON/OFF判定信号を出力するブレーキON/OFF判定器と、前記自車のブレーキ操作を含んだ減速手段による減速により、どの程度減速しているかを判定し判定結果である自車減速程度判定信号を出力する自車減速程度判定器と、前記ブレーキON/OFF判定信号と前記自車減速程度判定信号とに基づいた、重み付け平均演算処理によって、前記自車が衝突回避をどの程度行っているかを判定し衝突回避行動量判定信号を出力する衝突回避行動量判定器と、前記先行車危険度判定信号と前記前方車危険度判定信号及び前記衝突回避行動量判定信号に基づいて前記先行車に対する自車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号を出力する先行車危険程度判定器と、前記先行車危険程度判定信号に基づいて段階的に警報音などによりドライバに警告するアラーム機器と、を備えることを特徴とするものである。
【0018】
請求項4記載の発明の車両レーダは、 前記自車に対する前記先行車の危険程度を示す危険程度DD1(n)は、式(A)によって導かれ、前記先行車に対する前記前方車の危険程度を示す危険程度DD2(n)は、式(2B)によって導かれ、前記自車が衝突回避をどの程度行っているかを示す衝突回避行動量AAdeg(n)は、式(C)によって導かれ、前記自車に対する前記先行車の総合的な危険程度を示す危険程度DD12(n)は、式(D)によって導かれ、式(A)は、
DD1(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd
×DD1(n−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(A)
DTdiff:余裕車間時間による危険程度、
kdvr:重み付け係数、
Dvr:相対速度による危険の可能性、
kdar:重み付け係数、
Dar:相対加速度による危険の可能性、
kdd:重み付け係数、
であり、
式(B)は、
DD2(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd
×DD2(n−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(B)
であり、
式(C)は、
AAdeg(n)=kabrk×Abrk+kvdec×Avdec ・・・(C)
AAdeg(n):現時点での衝突回避行動量、
kabrk:重み係数、
Abrk:ブレーキON/OFF信号、
kvdec:重み係数、
Avdec:減速度の程度
であり、
式(D)は、
DD12(n)=kdd1×DD1(n)+kdd2×DD2(n)+kdd12
×DD12(n−1)+kaa×AAdeg ・・・・・・・(D)
ただし、kdd1>kdd2とし、
kdd1:重み係数、
kdd2:重み係数、
kdd12:重み係数、
kaa:重み係数
であり、各式における該nの値は、繰り返し行われる処理の回数を示すことを特徴とするものである。
【0019】
請求項5記載の発明の車両レーダの危険程度警報方法は、ミリ波帯の連続波に三角波の周波数変調を行ったFMCW信号を用いて自車と障害物であるターゲットとの距離及び前記ターゲットとの相対速度を検出して前記ターゲットの前記自車への危険程度を求めドライバに警告を発する車両用レーダ装置の危険程度警報方法において、前記FMCW信号である送信信号と受信した前記ターゲットからの反射波である受信信号とをミキシングして生成したビート信号をA/D変換して生成した前記三角波の上り区間と下り区間(以下上下区間)に相当するディジタルビート信号を周波数解析して前記上下区間のスペクトルを求め、前記上下区間のスペクトルの全ピークの対応するピーク同士をペアリングした各ピークペアの距離と相対速度を求め、後述のヨーレートセンサ処理ステップで算出した自車軌跡を併せて用いて、自車線上のターゲットを選択し、この自車線上の複数の前記ターゲットの中から前記自車に最も近い自車線上の車両である先行車及びこの先行車の前方に位置する前記先行車に最も近い前記自車線上の車両である前方車をそれぞれ認識し、対応する前記自車に対する前記先行車の距離と相対速度及び前記先行車と前記前方車の認識情報を含むターゲット情報を出力するターゲット認識処理ステップと、ヨーレートセンサから出力される角速度に基づいて、前記自車の速度情報と共に道路半径を算出し、この道路半径から現時刻以降走行する道路軌跡である自車軌跡を算出し、この自車軌跡を前記ターゲット認識処理ステップに供給するヨーレートセンサ処理ステップと、前記自車のブレーキが操作されたかどうかをブレーキON/OFF判定信号にて判定し、このブレーキON/OFF判定信号によるブレーキON/OFFを含む減速手段による減速程度の判定結果である自車減速程度判定信号とにより前記自車が衝突回避をどの程度行っているかの衝突回避行動量を算出し衝突回避行動量判定信号を出力して、後述の危険判別処理ステップに供給する衝突回避行動処理ステップと、前記ターゲット情報に基づいて、前記先行車と前記自車との余裕車間時間を示す余裕車間時間情報を参照して前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険度判定信号を生成し、前記ターゲット情報に基づいて、前記余裕車間時間情報を参照して前記先行車に対する前記前方車の危険程度を算出し前方車危険度判定信号を生成し、前記先行車危険度判定信号と前記前方車危険度判定信号及び前記衝突回避行動処理ステップで算出した衝突回避行動量判定信号から前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号を生成する危険判別処理ステップと、を有し、前記余裕車間時間情報を参照して算出される危険程度は、前記余裕車間時間情報の値を予め定められる基準値と比較することにより算出され、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より小さい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以上の値とし、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より大きい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以下の値とすることを特徴とするものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0026】
本実施の形態の車両用レーダ装置は、電波信号を用いて自車と障害物であるターゲットとの距離及びこのターゲットとの相対速度を検出して上記ターゲットの自車への危険程度を求めドライバに警告を発する車両用レーダ装置において、上記電波信号を送信信号として送信し上記ターゲットからの反射波を受信して送信信号とミキシングを行いビート信号を出力するレーダヘッドと、上記ビート信号を処理して複数のターゲットの中から自車に最も近い自車線上の車両である先行車及びこの先行車の前方に位置する先行車に最も近い自車線上の車両である前方車を捕捉識別し、上記先行車の自車に対する危険程度及び上記前方車の先行車に対する危険程度から総合的に先行車の自車に対する危険程度を段階的に求めてドライバに警告を発する先行車警報手段とを備え、上記先行車警報手段が、ビート信号の周波数解析を行いターゲットに関連した周波数スペクトルから複数のターゲットを検出し、複数のターゲットの中から先行車及び前方車を捕捉識別するターゲット処理手段と、上記先行車の自車に対する第1の危険程度及び上記前方車の上記先行車に対する第2の危険程度を算出し、これら第1及び第2の危険程度から総合的に上記先行車の自車に対する危険程度を段階的に求めてドライバに警告を発する危険警報手段とを備える。
【0027】
これにより先行車と前方車が接近した状態で自車にも危険性が及ぶという潜在的な危険性を検出できることを特徴とするものである。
【0028】
すなわち、本実施の形態では、高速道路などで電波レーダを用いて複数のターゲットの中から自車に最も近い自車線上の車両である先行車及び先行車の前方に位置する先行車に最も近い自車線上の車両である前方車を捉えて、先行車の自車に対する危険程度、前方車の先行車に対する危険程度から総合的に先行車の自車に対する危険程度を段階的に求めてドライバに警告を発する。
【0029】
次に、本発明の実施の形態をブロックで示す図1を参照すると、この図に示す本実施の形態の車両用レーダ装置は、ミリ波帯の連続波に三角波の周波数変調を行ったFMCWレーダであり、送信アンテナからFMCW変調波を送信し目標(自動車などの障害物)からの反射波を受信アンテナで受信し、受信信号を送信波とミキシングしてビート信号Aを出力するレーダヘッド1と、ビート信号Aの高周波成分を除去しローパスビート信号Bを出力するローパスフィルタ(LPF)2と、ローパスビート信号Bを増幅し増幅ビート信号Cを出力する増幅器3と、増幅ビート信号Cをアナログディジタル(A/D)変換したディジタルビート信号の情報処理を行い自車の前方車を捕捉識別して先行車の自車に対する危険程度、前方車の先行車に対する危険程度から総合的に先行車の自車に対する危険程度を段階的に求めてドライバに警告を発する先行車警報部10と、カーブした道路(以下カーブ路)などにおける自車の角速度を測定し角速度Fを出力するヨーレートセンサ6とを備える。
【0030】
先行車警報部10は、マイクロプロセッサにより構成され、増幅ビート信号Cをアナログディジタル(A/D)変換し一定時間でサンプリングされた増幅ビート信号Cの離散値データであるディジタルビート信号Dを出力するA/D変換器4と、ディジタルビート信号Dを処理し自車に対する先行車の距離と相対速度及び先行車及び前方車の認識を含むターゲット情報Eを出力するターゲット処理部5と、ヨーレートセンサ6から得た角速度Fなどから道路半径Gを算出する半径推定器7と、道路半径Gに基づいて自車の走行する軌跡である自車軌跡Hを算出する自車軌跡推定器8と、ターゲット処理部5からのターゲット情報Eに基づきターゲットから自車両に対する危険度が高いかどうかを判別する危険警報部9とを備える。
【0031】
ターゲット処理部5は、ディジタルビート信号DからFFT(高速フーリエ変換)などの周波数成分解析手法を用いてスペクトルEAを抽出する周波数解析処理器51と、抽出したスペクトルEAに基づいて自車から障害物(ターゲット)までの距離と自車との相対速度である距離速度情報EBを算出するターゲット検出器52と、距離速度情報EBに基づき先行車を認識し先行車情報ECを出力する先行車認識器53と、距離速度情報EBに基づき前方車を認識し前方車情報EDを出力する前方車認識器54とを備える。
【0032】
危険警報部9の構成例をブロックで示す図2を参照すると、この図に示す危険警報部9は、先行車情報EC及び前方車情報EDに基づいて自車に対する先行車の危険程度を算出し先行車危険度判定信号JAを出力する先行車危険警報判定器91と、先行車に対する前方車の危険程度を算出し前方車危険度判定信号JBを出力する前方車危険警報判定器92と、先行車危険度判定信号JAと前方車危険度判定信号JB及び後述の衝突回避行動量判定信号JFに基づいて総合的に先行車に対する自車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号JCを出力する先行車危険程度判定器93と、先行車危険程度判定信号JCに基づいて段階的に警報音などによりドライバに警告するアラーム機器94と、自車のドライバがブレーキ操作を行っているかどうかをブレーキON/OFF検知により判定し判定結果のブレーキON/OFF判定信号JDを出力するブレーキON/OFF判定器95と、自車のブレーキ操作などによりどの程度減速しているかを判定し判定結果である自車減速程度判定信号JEを出力する自車減速程度判定器96と、ブレーキON/OFF判定信号JDと自車減速程度判定信号JEとに基づき自車が衝突回避をどの程度行っているかを総合的に判定し衝突回避行動量判定信号JFを出力する衝突回避行動量判定器97とを備える。
【0033】
次に、図1及び図2を参照して本実施の形態の概略動作について説明すると、まず、レーダヘッド1は、送信アンテナから、三角波によってFM変調されたFMCW変調波を自動車などの障害物に向かって送信する。受信アンテナで、障害物で反射された反射波を受信し、この受信信号と送信波とミキシングしてビート信号Aを生成し、LPF2に供給する。
【0034】
LPF2は、ビート信号Aの高周波成分を除去しローパスビート信号Bを出力して、増幅器3に供給する。増幅器3はローパスビート信号Bを増幅し増幅ビート信号Cを出力して、先行車警報部10のA/D変換器4に供給する。A/D変換器4は、増幅ビート信号Cをアナログディジタル(A/D)変換し一定時間でサンプリングされたビート信号の離散値データであるディジタルビート信号Dを生成し、先行車警報部10の内部のメモリ(図示せず)に蓄積する。
【0035】
ターゲット処理部5では、まず、周波数解析処理器51が、ディジタルビート信号DからFFTを用いてスペクトルEAを抽出する。次に、ターゲット検出器52は、スペクトルEAに基づいて自車の前方にある車両等の障害物、すなわち、ターゲットまでの距離と相対速度である距離速度情報EBを算出する。次に、先行車認識器53は、距離速度情報EBに基づき複数のターゲットの中から、自車に最も近い自車線上の車両、すなわち、先行車を認識し先行車情報ECを出力し、危険警報部9に供給する。同様に、前方車認識器54は、距離速度情報EBに基づき複数のターゲットの中から、先行車の前方に位置する先行車に最も近い自車線上の車両、すなわち、前方車を認識し前方車情報EDを出力し、危険警報部9に供給する。なお、先行車及び前方車の識別には、後述の自車軌跡推定器8が算出する自車軌跡Hを用いる。
【0036】
危険警報部9は、先行車認識器53で得られた最近接ターゲットである先行車の距離及び相対速度等から、先行車の自車に対する危険度を判別して危険程度によりドライバに対して警報表示、あるいは警報音などにより警告する。まず、先行車危険警報判定器91が、先行車情報EC及び前方車情報EDに基づいて先行車の自車に対する危険程度を算出し算出結果である先行車危険度判定信号JAを生成し、先行車危険程度判定器93に供給する。同様に、前方車危険警報判定器92が、前方車の先行車に対する危険程度を算出し算出結果である前方車危険度判定信号JBを生成し、先行車危険程度判定器93に供給する。先行車危険程度判定器93は、先行車危険度判定信号JA及び前方車危険度判定信号JB及び後述の衝突回避行動量判定信号JFに基づき、総合的に自車に対する先行車の危険程度を算出し算出結果である先行車危険程度判定信号JCを生成し、アラーム機器94に供給する。アラーム機器94は、先行車危険程度判定信号JCに基づき、段階的に警報音及び警報表示等によりドライバに警告する。
【0037】
一方、ブレーキON/OFF判定器95は、ブレーキON/OFF検知により、自車のドライバがブレーキ操作を行っているかどうかを判定し、判定結果のブレーキON/OFF判定信号JDを生成し、衝突回避行動量判定器97に供給する。自車減速程度判定器96は、自車のブレーキ操作などによりどの程度減速しているかを判定し判定結果である自車減速程度判定信号JEを生成し、衝突回避行動量判定器97に供給する。衝突回避行動量判定器97は、ブレーキON/OFF判定信号JDの示すブレーキ操作ON/OFFと、自車減速程度判定信号JEの示す減速程度により自車が衝突回避をどの程度行っているかを総合的に判定し衝突回避行動量判定信号JFを生成し、先行車危険程度判定器93に供給する。
【0038】
ヨーレートセンサ6は、道路のカーブ(カーブ路)等における自車の角速度を測定し角速度Fを生成し、先行車警報部10の半径推定器7に供給する。半径推定器7は、角速度Fなどから道路半径Gを算出し、自車軌跡推定器8に供給する。自車軌跡推定器8は、道路半径Gに基づき自車の走行する軌跡である自車軌跡Hを算出し、ターゲット処理部5に供給する。
【0039】
次に、ターゲット処理部5、半径推定器7、自車軌跡推定器8及び危険警報部9による危険警報処理、衝突回避行動処理を含む先行車警報部10の全体処理フローをフローチャートで示す図3を併せて参照すると、先行車警報部10は、図3に示す全体処理フローであるメインルーチンのほかに周波数解析処理器など、各種の動作プログラムにより支えられている。
【0040】
全体処理フローは、まず車両のエンジンを作動させるため、イグニッションキーを操作して電源を投入し、電源投入後、一定時間経過後にレーダ情報処理部のリセットが解除される。リセット解除とともに、先行車警報部10を構成するマイクロプロセッサが起動し、零番地からプログラムを実行する。
【0041】
最初に、イニシャライズステップS1で、イニシャライズを行い、各種の変数を初期化する。
【0042】
次に、ターゲット認識処理ステップS2を実行する。再度図1を併せて参照すると、レーダヘッド1から送出された三角波によるFMCW送信信号が障害物、すなわち、ターゲットに反射して受信信号として戻り、これら送受信信号のミキシングによりビート信号Aを生成する。一方、FMCW送信信号を送信すると同時に、A/D変換器4がビート信号Aに対応する増幅ビート信号CのA/D変換を開始し、離散値化されたデータであるディジタルビート信号Dを生成する。このディジタルビート信号Dは、逐一レーダ情報処理部内部のメモリに蓄積される。また、このA/D変換は一定のサンプリング時間毎に実行され、そのためにサンプリング時間の監視には、一般的にタイマ割り込みなどを用いることが多い。A/D変換器4による増幅ビート信号Cの離散値化は三角波の一周期分実行する。この時点で三角波の上り区間と下り区間に相当する増幅ビート信号Cのディジタルビート信号Dがレーダ情報処理部に蓄積されたことになる。
【0043】
そこで、三角波の上り区間、及び下り区間に相当する増幅ビート信号Cのディジタルビート信号DからFFT等に代表される周波数解析手法によって各々の区間の離散的なスペクトルを得る。
【0044】
次に、上下区間のスペクトルの全ピークを検出し、検出した上下区間の各々の対応するピーク同士をペアリングする。各ピークペアの距離と相対速度を求め、後述のヨーレートセンサ処理ステップS4で算出した自車軌跡Hを併せて用いて、自車線上のターゲットを選択し、この自車線上の複数のターゲットから先行車及び前方車をそれぞれ認識し、対応する先行車情報EC及び前方車情報ED(両情報をまとめてE)を出力する。
【0045】
次に、危険判別処理ステップS3を行う。再度図2を併せて参照すると、ターゲット認識処理ステップS2の処理結果、ターゲット処理部5から出力された先行車情報EC及び前方車情報EDに基づいて、まず、先行車の自車に対する危険程度を算出し先行車危険度判定信号JAを生成する。続いて前方車の先行車に対する危険程度を算出し前方車危険度判定信号JBを生成する。これら先行車、前方車の各危険程度判定信号JA,JB及びステップS5で算出した衝突回避行動量判定信号JFから総合的な自車に対する先行車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号JCを出力する。先行車危険程度判定信号JCから、危険程度が高いと判断した場合は、ドライバに対して警報表示により注意を促す。
【0046】
次に、ヨーレートセンサ処理ステップS4について、再度図1を併せて参照して説明すると、ヨーレートセンサ6から出力される角速度Fに基づいて、自車の速度情報と共に道路半径Gを算出する。道路半径Gから現時刻以降の自車軌跡Hを算出し、この自車軌跡Hをターゲット認識処理ステップS2に供給する。
【0047】
次に、衝突回避行動処理ステップS5について、再度図2を併せて参照して説明すると、まず、自車のブレーキが操作されたかどうかをブレーキON/OFF判定信号JDにて判定する。ブレーキON/OFF判定信号JDによるブレーキON/OFFと自車のブレーキ操作その他の減速手段による減速程度の判定結果である自車減速程度判定信号JEとにより自車が衝突回避をどの程度行っているかの衝突回避行動量を算出し、衝突回避行動量判定信号JFを出力して、危険判別処理ステップS3に供給する。
【0048】
次に、ターゲット認識処理ステップS2及びヨーレートセンサ処理ステップS4の各処理フローをフローチャートで示す図4を参照して、これらターゲット認識処理ステップS2及びヨーレートセンサ処理ステップS4の詳細について説明すると、まず、上下区間AD変換ステップS21で、A/D変換器4は、増幅器3から供給を受けた増幅ビート信号Cの上り区間と下り区間をAD変換する。AD変換された増幅ビート信号Cの離散値、すなわち、ディジタルビート信号Dは先行車警報部10内部のメモリに蓄積される。
【0049】
次に、上下区間周波数解析ステップS22で、ディジタルビート信号Dの上り区間と下り区間に対してFFT等による周波数解析によりスペクトル変換し、スペクトルEAを出力する。
【0050】
上下区間ピークペアリングステップS23で、スペクトルEAから上下区間の全ピークを検出し、検出した上下区間の各々の対応するピーク同士をペアリングしてピークペアを生成する。全てのピークを検出する手段は、予め決められた標準閾値を超えるピークレベルを持つスペクトルピークを抽出する。
【0051】
距離・相対速度算出ステップS24で、ステップS23で求めた上下区間の全てのピークペアを対象にして各ピークペアの距離と相対速度を求める。各ピークペアの上り区間のピーク周波数をfa(Hz)、下り区間のピーク周波数をfb(Hz)とすると、距離Rと相対速度Vの各々は次式で表される。
【0052】
距離R=A・((fa+fb)/2)
相対速度V=A・((fa−fb)/2) (A:定数)
・・・・・・・・(1)
一方、ヨーレート値変換ステップS41では、ヨーレートセンサ6からの角速度をAD変換する。AD変換された角速度の離散値であるディジタル角速度をレーダ情報処理部10内部に蓄積する。
【0053】
道路半径の推定算出ステップS42で、ディジタル角速度から道路半径を算出する。まず、ディジタル角速度から一定時間Tにおける回転角度θn(deg)を求め、この時間Tにおける自車の走行長をD(m)とすると、道路半径RCは次式で表される。
【0054】
道路半径RC=D/(θn・(π/180))・・・・・・(2)
自車軌跡推定算出ステップS43で、ステップS42で推定した道路半径に基づいて自車の現時刻以降走行する道路軌跡である自車軌跡を推定する。自車軌跡の推定はヨーレートの精度が大きく影響することがわかっている。
【0055】
自車線上のターゲット選択ステップS25で、ステップS43で推定した自車軌跡に基づいて自車線上のターゲットを抽出する。自車線上のターゲットの抽出は予め自車軌跡を推定して軌跡範囲内に位置する車両を選択する。
【0056】
先行車認識ステップS26で、ステップS25で選択した自車線上のターゲットの中から自車に最も近い車両を先行車として認識する。
【0057】
直線路及びカーブ路での先行車認識の様子をそれぞれ説明図で示す図6(A)、(B)を参照すると、いずれの道路環境の場合にも自車線上で自車101に最も近い前方車両を先行車102として認識する。
【0058】
続いて、前方車認識ステップS27で、ステップS25で選択した自車線上のターゲットの中から先行車102に最も近い車両を前方車103として認識する。
【0059】
図6を再度参照すると、直線路(A)、及びカーブ路(B)のいずれの道路環境の場合にも自車線上で先行車102に最も近い前方車両を前方車103として認識する。この場合にカーブ路では先行車102と前方車103とが重ならないためレーダ装置の持つ左右検知範囲であれば両車両を検知することができる。
【0060】
一方、直線路の場合には自車101が通常の乗用車であると前方車103は先行車102にマスクされて視覚的にも認識が困難である。ミリ波帯を用いた電波レーダでは、極めて直進線が高く金属物質以外でも得られる反射特性により、ミリ波帯の電波は先行車102の車体下部と路面との間を反射して通り抜けて、前方車103に反射し再び先行車102の車体下部と路面の間を反射して自車101にて受信される。
【0061】
直線路での先行車と前方車検知特性の一例を説明図で示す図7を参照すると、この図では、(A)に示すように、前方車103を約100m先に固定して先行車102を数mから前方車103に近づくまで走らせたときの先行車102と前方車103が検知される様子を示している。ここで3台が連なって走っていることを想定すると、車間距離は約50mとなるが、(B)に示すように、50m近辺は先行車、前方車ともに検知されている領域であり、実用性は十分と判断できる。
【0062】
次に、危険警報処理ステップS3及び衝突回避行動処理ステップS5の各処理フローをフローチャートで示す図5を参照して、これら危険警報処理ステップS3及び衝突回避行動処理ステップS5の詳細について説明すると、最初に、相対加速度算出ステップS31で、自車101に対する先行車102の相対加速度、先行車102に対する前方車103の相対加速度を以下に示す式により求める。
【0063】
先行車危険程度算出ステップS32で、先行車102の自車101に対する危険程度DD1(n)を次式より求める。
【0064】
DD1(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd
×DD1(n−1)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
DTdiff:余裕車間時間による危険程度
kdvr:重み付け係数
Dvr:相対速度による危険の可能性
kdar:重み付け係数
Dar:相対加速度による危険の可能性
kdd:重み付け係数
式4中での余裕車間時間Tdiffは次式により求める。余裕車間時間とは実際の車間時間と最小車間時間との時間差であり最小車間時間Tminに対してどれだけ余裕を持っているかの目安になる。
【0065】
Tdiff=Tdis−Tmin・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
Tdiff:余裕車間時間
Tdis:車間時間
また最小車間時間Tminは次式によって求められる。
【0066】
自車空走時間Tdelayはドライバによる個人差があるが一般的に0.5s〜1.5sぐらいと考えられる。
【0067】
また、自車減速度、及び先行車減速度は上記に示した数値が一般的に用いられることが多いが、車両等によって減速度は異なる。特に大型トラックの減速度はせいぜい0.5G程度と言われている。
【0068】
危険程度DD1(n)算出のパラメータ設定例をグラフで示す図8を参照すると、余裕車間時間による危険程度DTdiffの設定例を(A)に、相対速度による危険の可能性Dvrの設定例を(B)に、AVrの設定例を(C)にそれぞれ示す。あるいは各パラメータの重み係数を変えることで危険程度のパラメータ特性を決めることもできる。
【0069】
続いて、前方車危険程度算出ステップS33で、先行車102に対する前方車103の危険程度DD2(n)を次式より求める。
【0070】
DD2(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd×DD2(n−1)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)
一方、ブレーキON/OFF判定ステップS51でドライバがフットブレーキ操作を行っているかどうかを判定する。危険程度が高い場合にブレーキ操作を行っているればドライバは回避行動をとっていると判断できる。
【0071】
次に、自車減速程度算出ステップS52で、自車の減速度を算出する。上記ブレーキ操作、あるいは他の減速手段などにより危険程度が高い場合にドライバがどの程度減速しているかの危険回避行動量を算出する。自車減速度の程度Avdec(n)は次式により算出する。
【0072】
Avdec(n)=(Vp(n)−Vp(n−1))/τ・・・・・・(8)
Vp(n):現時刻での自車速度
Vp(n−1):前回時刻での自車速度
τ:時間
また、衝突回避行動量を次式によって求める。
【0073】
AAdeg(n)=kabrk×Abrk+kvdec×Avdec・(9)
AAdeg(n):現時点での衝突回避行動量
kabrk:重み係数
Abrk:ブレーキON/OFF信号
kvdec:重み係数
Avdec:減速度の程度
先行車総合危険程度算出ステップS34で、ステップS32、S33で算出した先行車及び前方車危険程度とステップS51、S52で求めた危険回避行動量に基づいて、自車に対する先行車の総合的な危険程度DD12(n)を次式により算出する。
【0074】
DD12(n)=kdd1×DD1(n)+kdd2×DD2(n)+kdd
12×DD12(n−1)+kaa×AAdeg・・・・・・・・・(10)
kdd1>kdd2とする。
【0075】
kdd1:重み係数
kdd2:重み係数
kdd12:重み係数
kaa:重み係数
図3に示すステップS3に戻り、先行車総合危険程度DD12(n)に基づいてアラームによりドライバに警告するかどうかを下式により決める。
【0076】
DD12(n)>WARNth・・・・・・・・・・・・・・・・(11)
式11を満たす場合にアラームによりドライバに警告する。また、先行車総合危険程度DD12(n)の段階により警報レベルを分類してドライバに段階的に注意、警告することで、より適切な危険警報をドライバに提供することができる。例えば3段階に分類すると次式のような判定パターンが考えられる。
【0077】
DD12(n)>WARNth1
DD12(n)>WARNth2
DD12(n)>WARNth3
WARNth1>WARNth2>WARNth3とする
以上本発明の実施の形態について説明したように、本実施の形態の車両用レーダ装置は、先行車を警報対象とするだけでなく先行車のさらに前方車をも監視することで道路交通状況に対して柔軟に対応することができる。
【0078】
高速道路などで自車線上を連続して走行しているような場合(プラトーン走行)では1台の急減速で玉突き事故などが起きている。これは各車両が安全車間距離を維持していないことや安全車間距離を維持していつつも突発的な急減速に各車両が対処できないことも大きな理由と考えられる。このような状況では、先行車を警報対象とするだけでなく先行車のさらに前方車をも監視することで、先行車への追突危険性をいち早く検知できるため、より安全度の高いシステムを構成することができる。
【0079】
また、従来の車両用レーダ装置に比べて高い商品性を得ることができる。
【0080】
自動車両制御システム(ACC)などのアプリケーションにおいて制御対象の車両の急減速等いち早く検知して車間距離に余裕分を付加するなどの安全措置を取ることができるため高性能で安定したACCを提供することができる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法は、送信信号のターゲットからの反射波を受信して送信信号とミキシングを行いビート信号を出力するレーダヘッドと、複数のターゲットの中から先行車及び前方車を捕捉識別し、先行車の自車に対する危険程度及び上記前方車の先行車に対する危険程度から総合的に先行車の自車に対する危険程度を段階的に求めてドライバに警告を発する先行車警報手段とを備え、先行車を警報対象とするだけでなく先行車のさらに前方車をも監視することで、先行車への追突危険性をいち早く検知できるため、より安全度の高いシステムを構成することができるという効果がある。
【0082】
また、従来の車両用レーダ装置及びその危険程度警報方法に比べて高い商品性を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の車両用レーダ装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1の危険警報部の構成例を示すブロック図である。
【図3】本実施の形態の車両用レーダ装置における先行車警報部における全体動作である危険程度警報方法を示すフローチャートである。
【図4】図3のターゲット認識処理ステップ及びヨーレートセンサ処理ステップの各処理フローを示すフローチャートである。
【図5】図3の危険警報処理ステップ及び衝突回避行動処理ステップの各処理フローを示すフローチャートである。
【図6】直線路及びカーブ路での先行車認識の様子をそれぞれ示す説明図である。
【図7】直線路での先行車と前方車検知特性の一例を示す説明図である。
【図8】危険程度DD1(n)算出のパラメータ設定例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 レーダヘッド
2 LPF
3 増幅器
4 A/D変換器
5 ターゲット処理部
6 ヨーレートセンサ
7 半径推定器
8 自車軌跡推定器
9 危険警報部
10 先行車警報部
51 周波数解析処理器
52 ターゲット検出器
53 先行車認識器
54 前方車認識器
91 先行車危険警報判定器
92 前方車危険警報判定器
93 先行車危険程度判定器
94 アラーム機器
95 ブレーキON/OFF判定器
96 自車減速程度判定器
97 衝突回避行動量判定器
101 自車
102 先行車
103 前方車
Claims (5)
- 電波信号を用いて自車と障害物であるターゲットとの距離及び前記ターゲットとの相対速度を検出して前記ターゲットの前記自車への危険程度を求めドライバに警告を発する車両用レーダ装置において、
ミリ波帯の連続波に三角波の周波数変調を行ったFMCW信号である前記電波信号を送信信号として送信し前記ターゲットからの反射波を受信して前記送信信号とミキシングを行いビート信号を出力するレーダヘッドと、
前記ビート信号の高周波成分を除去しローパスビート信号を出力するローパスフィルタと、
前記ローパスビート信号を増幅し増幅ビート信号を出力する増幅器と、
前記増幅ビート信号をアナログディジタル(A/D)変換したディジタルビート信号の情報処理を行い複数の前記ターゲットの中から前記自車に最も近い自車線上の車両である先行車及びこの先行車の前方に位置する前記先行車に最も近い前記自車線上の車両である前方車を捕捉識別し、前記先行車の前記自車に対する危険程度及び前記前方車の前記先行車に対する危険程度から前記先行車の前記自車に対する前記危険程度を段階的に求めて前記ドライバに前記警告を発する先行車警報部と、
カーブ路における自車の角速度を測定し角速度値を出力するヨーレートセンサと、
を備え、
前記先行車警報部が、
前記増幅ビート信号をA/D変換し一定時間でサンプリングされた前記増幅ビート信号の離散値データである前記ディジタルビート信号を出力するA/D変換器と、
前記ディジタルビート信号を処理し前記自車に対する前記先行車の距離と相対速度及び前記先行車と前記前方車の認識情報を含むターゲット情報を出力するターゲット処理部と、
前記ヨーレートセンサから得た前記角速度値から道路半径を算出する半径推定器と、
前記道路半径に基づいて前記自車の走行する軌跡である自車軌跡を算出する自車軌跡推定器と、
前記ターゲット情報に基づき前記ターゲットから前記自車に対する危険度が高いかどうかを判別する危険警報部と、
を備え、
前記危険警報部が、
前記ターゲット情報に基づいて、前記先行車と前記自車との余裕車間時間を示す余裕車間時間情報を参照して前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険度判定信号を出力する先行車危険警報判定器と、
前記ターゲット情報に基づいて、前記余裕車間時間情報を参照して前記先行車に対する前記前方車の危険程度を算出し前方車危険度判定信号を出力する前方車危険警報判定器と、
を備え、
前記余裕車間時間情報を参照して算出される危険程度は、
前記余裕車間時間情報の値を予め定められる基準値と比較することにより算出され、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より小さい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以上の値とし、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より大きい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以下の値とする
ことを特徴とする車両用レーダ装置。 - 前記余裕車間時間情報は、
前記先行車と前記自車との実際の車間時間から最小車間時間を減算して導かれる
ことを特徴とする請求項1に記載の車両用レーダ装置。 - 前記危険警報部が、
前記自車のドライバがブレーキ操作を行っているかどうかをブレーキON/OFF検知により判定し判定結果のブレーキON/OFF判定信号を出力するブレーキON/OFF判定器と、
前記自車のブレーキ操作を含んだ減速手段による減速により、どの程度減速しているかを判定し判定結果である自車減速程度判定信号を出力する自車減速程度判定器と、
前記ブレーキON/OFF判定信号と前記自車減速程度判定信号とに基づいた、重み付け平均演算処理によって、前記自車が衝突回避をどの程度行っているかを判定し衝突回避行動量判定信号を出力する衝突回避行動量判定器と、
前記先行車危険度判定信号と前記前方車危険度判定信号及び前記衝突回避行動量判定信号に基づいて前記先行車に対する自車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号を出力する先行車危険程度判定器と、
前記先行車危険程度判定信号に基づいて段階的に警報音などによりドライバに警告するアラーム機器と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の車両用レーダ装置。 - 前記自車に対する前記先行車の危険程度を示す危険程度DD1(n)は、式(A)によって導かれ、
前記先行車に対する前記前方車の危険程度を示す危険程度DD2(n)は、式(B)によって導かれ、
前記自車が衝突回避をどの程度行っているかを示す衝突回避行動量AAdeg(n)は、式(C)によって導かれ、
前記自車に対する前記先行車の危険程度を示す危険程度DD12(n)は、式(D)によって導かれ、
式(A)は、
DD1(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd
×DD1(n−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(A)
DTdiff:余裕車間時間による危険程度、
kdvr:重み付け係数、
Dvr:相対速度による危険の可能性、
kdar:重み付け係数、
Dar:相対加速度による危険の可能性、
kdd:重み付け係数、
であり、
式(B)は、
DD2(n)=DTdiff+kdvr×Dvr+kdar×Dar+kdd
×DD2(n−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(B)
であり、
式(C)は、
AAdeg(n)=kabrk×Abrk+kvdec×Avdec ・・・(C)
AAdeg(n):現時点での衝突回避行動量、
kabrk:重み係数、
Abrk:ブレーキON/OFF信号、
kvdec:重み係数、
Avdec:減速度の程度、
であり、
式(D)は、
DD12(n)=kdd1×DD1(n)+kdd2×DD2(n)+kdd12
×DD12(n−1)+kaa×AAdeg ・・・・・・・(D)
ただし、kdd1>kdd2とし、
kdd1:重み係数、
kdd2:重み係数、
kdd12:重み係数、
kaa:重み係数
であり、
前記各式における該nの値は、繰り返し行われる処理の回数を示す
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の車両用レーダ装置。 - ミリ波帯の連続波に三角波の周波数変調を行ったFMCW信号を用いて自車と障害物であるターゲットとの距離及び前記ターゲットとの相対速度を検出して前記ターゲットの前記自車への危険程度を求めドライバに警告を発する車両用レーダ装置の危険程度警報方法において、
前記FMCW信号である送信信号と受信した前記ターゲットからの反射波である受信信号とをミキシングして生成したビート信号をA/D変換して生成した前記三角波の上り区間と下り区間(以下上下区間)に相当するディジタルビート信号を周波数解析して前記上下区間のスペクトルを求め、
前記上下区間のスペクトルの全ピークの対応するピーク同士をペアリングした各ピークペアの距離と相対速度を求め、
後述のヨーレートセンサ処理ステップで算出した自車軌跡を併せて用いて、自車線上のターゲットを選択し、
この自車線上の複数の前記ターゲットの中から前記自車に最も近い自車線上の車両である先行車及びこの先行車の前方に位置する前記先行車に最も近い前記自車線上の車両である前方車をそれぞれ認識し、対応する前記自車に対する前記先行車の距離と相対速度及び前記先行車と前記前方車の認識情報を含むターゲット情報を出力するターゲット認識処理ステップと、
ヨーレートセンサから出力される角速度に基づいて、前記自車の速度情報と共に道路半径を算出し、この道路半径から現時刻以降走行する道路軌跡である自車軌跡を算出し、この自車軌跡を前記ターゲット認識処理ステップに供給するヨーレートセンサ処理ステップと、
前記自車のブレーキが操作されたかどうかをブレーキON/OFF判定信号にて判定し、このブレーキON/OFF判定信号によるブレーキON/OFFを含む減速手段による減速程度の判定結果である自車減速程度判定信号とにより前記自車が衝突回避をどの程度行っているかの衝突回避行動量を算出し衝突回避行動量判定信号を出力して、後述の危険判別処理ステップに供給する衝突回避行動処理ステップと、
前記ターゲット情報に基づいて、前記先行車と前記自車との余裕車間時間を示す余裕車間時間情報を参照して前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険度判定信号を生成し、
前記ターゲット情報に基づいて、前記余裕車間時間情報を参照して前記先行車に対する前記前方車の危険程度を算出し前方車危険度判定信号を生成し、
前記先行車危険度判定信号と前記前方車危険度判定信号及び前記衝突回避行動処理ステップで算出した衝突回避行動量判定信号から前記自車に対する前記先行車の危険程度を算出し先行車危険程度判定信号を生成する危険判別処理ステップと、
を有し、
前記余裕車間時間情報を参照して算出される危険程度は、
前記余裕車間時間情報の値を予め定められる基準値と比較することにより算出され、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より小さい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以上の値とし、前記余裕車間時間情報の値が前記基準値より大きい場合には、前記危険程度の値を前記基準値における危険程度の値以下の値とする
ことを特徴とする車両用レーダ装置の危険程度警報方法。
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