JP4814261B2 - 自動車用レーダーシステム - Google Patents

Description

本発明は、レーダーセンサと、車両の周囲にある対象との距離と相対速度を測定する評価装置と、測定された距離と相対速度を用いて差し迫った衝突を認識して、予測される衝突時点と衝突速度に関するデータをプリクラッシュシステムへ供給する衝突認識装置とを有する自動車用のレーダーシステムに関する。

この種のレーダーシステムは、典型的に、適応的な速度制御器（ＡＣＣ；Adaptive Cruise Control）と組み合わせて使用される。その速度制御器は、自己の車両速度を自動的に前方で走行する車両の速度に適合させるので、適切な安全距離で前を走行する車両に追従できる。

この目的のために使用されるＦＭＣＷレーダー（Frequency Modulated Continuous Wave）においては、送信されるレーダー信号の周波数が周期的に異なるランプ勾配で変調され、１つまたは複数の対象から反射されたレーダー信号が、送信された信号と混合されるので、その周波数が送信された信号と受信された信号の間の周波数差に相当する、中間周波数が得られる。

適当なアルゴリズム、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって、各測定サイクルにおいて中間周波数のスペクトルが記録される。このスペクトル内で、各位置測定された対象は、所定の周波数におけるピークによってくっきりと浮かび上がる。ピークのある周波数は、一方では、ランプ勾配と対象距離に依存し、他方では対象の相対速度に依存する。

２つの異なるランプ勾配で測定された、同じ対象に属するピークを比較することによって、距離および速度に依存する周波数成分が分離されるので、対象との距離と相対速度に関する測定データが得られる。その場合には、もちろん理想化されて、２つのランプの期間の間、相対速度が実際に変化しないことが、前提とされる。

対象が複数の場合には、少なくとも１つの他の周波数ランプの評価によって、対象へのピークの対応づけの多義性が除去される。

ところで、この評価プロシージャは、比較的計算が複雑なので、個々の測定サイクルごとに所定の最低期間が必要とされる。そのため、得られた測定データでは、制限された精度と時間的解像度しか達成できない。

さらに、衝突装置がレーダーデータを用いて衝突がもはや避けられない状況を認識した場合に、差し迫った衝突の前の正しい時期に、例えば可逆的なエアバッグ、ベルトテンショナーなどのような、車両のパッシブな可逆的安全システムを能動化させるために用いられる、いわゆるプリクラッシュシステムが知られている。さらに、特に、例えば火工技術的なエアバッグまたはベルトテンショナーの最適な点火時点を定めるために用いられる、プリクラッシュシステムが知られている。そのためには、予測される衝突時点のできる限り正確な認識と衝突時点までの相対速度、従って衝突速度のできる限り正確な認識も必要である。

請求項１に記載された特徴を有する本発明は、衝突速度をより正確に決定することを可能にするので、衝突速度に関してプリクラッシュシステムの機能を最適化することができるという利点を提供する。

これは、本発明によれば、レーダーセンサが衝突認識装置によって速度測定モードに切り替え可能であって、その速度測定モード内で相対速度のより正確な測定が行われることによって、達成される。

本発明は、上述した種類のレーダー信号の評価は、もはや衝突が避けられない場合には最適でないという考えに基づいている。１つには、この状況においては、初めの衝突対象の位置測定データのみが重要であるので、残りの対象のデータをさらに追求することは、意味がない。他方で、レーダーセンサ、典型的にＬＲＲ（Long Range Radar）は、比較的長い対象距離を測定するように設計されており、その対象距離はノーマルな交通状況において発生する安全距離より長い。従って、衝突対象への接近が進んだ場合に、距離データはだんだんと信頼できなくなり、最後には使えなくなる。さらに、衝突の直前は、自己の車両が通常著しく制動されるために、相対速度が高い動特性にさらされると推定される。従って、２つの互いに連続する周波数ランプの間の対象の相対速度がほぼ一定に留まる、という前提は、もはや無制限に満たされることはないので、速度測定の精度も損なわれる。

従って、本発明によれば、衝突が差し迫っている場合、相対速度のより正確な測定に合わせて設計されている他の測定モードへ意図的に切り替えられる。その場合に、評価を衝突対象に限定し、距離データを高めるということを省略することができるので、評価プロシージャは、著しく簡略化され、それに応じてサイクルタイムを短縮することができ、従って速度測定においてより高い時間的解像度を達成できる。このようにして、衝突対象の相対速度を正確に測定して、ほぼ衝突時点まで追求することが可能になり、レーダーセンサのレギュラーな測定モードの間に得られた衝突速度の見積り値を補正して、より衝突速度を正確にすることができる。

本発明の好ましい形態と展開が、従属請求項から明らかにされる。

好ましくは、速度測定モードにおいて、送信されるレーダー信号の周波数変調が中止され、衝突対象との相対速度のための単なるドップラー測定が行われる。それによって評価が著しく簡略化されて、高い精度の相対速度において、サイクル時間の著しい減少が達成される。

速度測定モードにおいて記録された相対速度データの積分によって、距離の時間的変化もさらに追求することができるので、衝突時点の見積り値についてもさらに改良することができる。

本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に説明する。

図１に示すレーダーシステムは、自動車の前に組み込まれたレーダーセンサ１０と、例えば７７ＧＨｚロングレンジレーダーと付属の電子評価装置１２とを有しており、その電子評価装置は例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサと、付属のプログラムメモリと、データメモリなどによって形成される。評価装置１２は、レーダーセンサ１０を駆動するドライバ１４も有している。このドライバは、ここでは、後でさらに詳細に説明するように、２つの駆動モードＦＭＣＷとＣＷの間で切り替え可能である。評価装置１２のその他の構成要素は、図示の例においては、ＡＣＣモジュール１６と、衝突認識装置１８と、プリクラッシュシステム２０である。

ノーマルな駆動においては、ＡＣＣモジュールは、アクティブであって、レーダーセンサ１０は、ＦＭＣＷモードで駆動される。レーダーセンサ１０内では、既知のように、送信されたレーダー信号は、種々の対象、例えば前方で走行する車両で反射されて、レーダーセンサによって受信されたレーダー信号と混合されて中間周波数信号Ｚとなり、その中間周波数信号が、位置測定された対象の距離Ｄ_ｉと相対速度Ｖ_ｉを定めるために、処理段２２内で評価される。通常、レーダーセンサ１０は、所定の角度解像能力を有しており、かつ複数のチャネルのために中間周波数信号Ｚを供給し、その中間周波数信号は、その送信および受信方向において区別されるので、種々のチャネルからの中間周波数信号を評価することによって、位置測定された対象のアジマス角Φｉも定めることができる。これらのデータを用いてＡＣＣモジュール１６は、どの対象が自己の車両と同じ車線上にいるかを認識して、これらの対象のうち自己の車両に最も近い対象を自動的な距離制御の対象として選択する。車両の駆動システムおよび必要な場合にはブレーキシステムへも介入することによって、ＡＣＣモジュール１６は自己の車両の速度を、適切な安全距離で目標対象に追従するように制御する。

衝突認識装置１８は、目標対象の距離および相対速度データを追求して、自己の車両の既知の最大減速能力の値を用いて、目標対象との衝突が避けられるか否かを決定する。例えば、目標対象が事故に巻き込まれて突然停止したので、衝突がもはや不可避である場合に、衝突認識装置１８は運転者に衝突警告を出力する。それぞれ実施形態に応じて、選択的に、自動的な非常ブレーキを導入することもできる。さらに、衝突認識装置は、自己の車両の予測される減速を考慮しながら距離および相対速度データの補外によって、予測される衝突時点と衝突速度、すなわち衝突時点までの相対速度を計算する。これらのデータがプリクラッシュシステム２０へ出力され、同システムはこれらに基づいて、車両搭乗者をできる限り効果的に衝突結果から保護するために、例えば可逆的な支援手段の能動化決定を行い、ないしは衝突対象との接触後の加速度データと共に車両のエアバッグシステムの最適な点火時点を計算する。

衝突認識装置１８は、衝突が不可避である状況を認識した後も、衝突時点と衝突速度のより正確な予報値を得るために、目標対象との距離および相対速度データをさらに追求することもできるが、これは、所定の時点からはもはや無意味である。というのは、距離データは、衝突対象との距離の減少に伴ってどんどん不確かになり、相対速度データを追求する場合の時間的解像度も極めて大まかになるからである。

従って、適当な時点で衝突認識装置１８は、ドライバ１４へ切替え信号を出力し、そのドライバはそれに基づいて、相対速度のより正確で時間的により高く解像される測定を可能にするために、レーダーセンサ１０を速度測定モードＣＷへ切り替える。その後、中間周波数信号Ｚの評価は、もはや処理段２２によってではなく、処理段２４によって行われ、この処理段においては衝突対象の相対速度のみが定められる。このようにして、相対速度の変化が高い時間的解像度と高い精度でさらに追求されるので、計算モジュール２６内で衝突時点Ｔ_ｃと衝突速度Ｖ_ｃのより正確な予報値を計算して、衝突認識装置１８を介してプリクラッシュシステム２０へ出力することが可能である。

処理段２２と２４の作業方法を、図２を用いて詳細に説明する。図２は、レーダーセンサ１０から送信されるレーダー信号の周波数ｆの時間的変化を示している。レーダーセンサがＦＭＣＷモードにある間、この周波数は、上昇するランプ２８、それに対して対称に下降するランプ３０およびより緩やかに上昇するランプ３２によって、ランプ形状で変調されている。

それぞれサイクルタイムＴ１に従って、この変調パターンが周期的に繰り返される。中間周波数Ｚの周波数は、それぞれ送信された周波数と受信された周波数の間の差に相当する。３つのランプ２８、３０、３２の各々の内部において、中間周波数Ｚが所定のサンプル周期の間デジタル化されて、その時間的推移が記録され、かつ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数スペクトルが形成される。レーダーセンサ１０の位置測定領域内にある各対象は、このスペクトル内で、所定の周波数におけるピーク（周波数最大）によって特徴づけられる。送信された周波数ｆの変調に基づいて、所定の対象についてピークが存在する周波数は、すべてのランプについて同一の、相対速度に依存するコンポーネントと、対象との距離およびランプ勾配に比例する、距離に依存するコンポーネントから構成される。ランプ２８、３０の勾配は逆方向に等しいので、同一のランプ上で得られたピークの同じ対象の周波数を加算した場合に、距離に依存するコンポーネントは相殺される。その後、合計から対象の相対速度が計算される。それに対して２つのピークの周波数の差を形成する場合には、速度に依存するコンポーネントが除去されて、得られた差から対象との距離が計算される。

距離に依存するコンポーネントと速度に依存するコンポーネントの上述した分離は、対象の相対速度がランプ２８、３０の続く間実際には変化しない、という仮定に基づいている。例えば衝突の前に典型的に生じるように、自己の車両が全制動した場合には、この仮定はもちろん正当化されず、あるいは制限つきでだけ正当化される。

複数の対象が同時に位置測定された場合には、上述したプロシージャはさらに、どのピークがどの対象に属し、かつ種々のランプ上で得られたピークがどのように関連するか、が分かっていることが前提となる。この情報は、第３のランプ３２上のピークの位置の評価によって獲得される。それに属するプロシージャは、それとして知られており、ここではこれ以上詳しく説明しない。ここでは、それは、計算の手間を無視できないほど上昇させる限りにおいてだけ、興味を惹く。同様なことは、アジマス角Φｉの決定についても当てはまり、それもここでは同様に詳しく説明はしない。

上述したすべての処理プロシージャは、それぞれサイクルタイムＴ１内に終了されなければならない。その結果、サイクルタイムを任意に減少させて、従って、測定の時間的解像度を任意に上昇させることはできない。

障害物、衝突対象との衝突が差し迫っている場合に、受信されるレーダーエコーは、圧倒的に、かつ実際には専ら、衝突対象に由来している。衝突対象へ接近するにつれて、距離に依存する周波数コンポーネントは０に近づく。しかし、この周波数コンポーネントの測定のために制限された測定時間でしか提供されないので、周波数測定の精度とそれに伴って距離決定の精度は減少する。他方で、衝突対象から受信されるレーダーエコーの振幅は、距離が減少するにつれて著しく増大し、残りのすべての対象はますます多く遮断されるので、受信されるレーダー信号は実際には、衝突対象の信号のみからなる。

従って適当な時点ｔ０で、衝突認識装置１８がドライバ１４を、レーダーセンサ１０を速度測定モードＣＷに切り替えるように促す。このモードにおいては、送信される周波数はもはや変調されず、一定に維持される。すなわち、レーダーセンサは、単なるドップラーレーダーとしてだけ駆動される。その周波数が衝突対象からの信号のドップラーシフトに相当する、中間周波数Ｚの評価は、処理段２４内で行われる。個々の測定サイクル内でもはや複数の周波数ランプを変調する必要がないので、サイクルタイムを著しく短縮することができる（Ｔ２へ）。さらに、中間周波数を評価する場合の計算の手間が単純化される。というのは、距離計算がもはや行われず、かつ種々の対象を差別化する必要がないからである。

例えば、この場合において個々の測定サイクル内の測定長さは、わずか約２．２ｍｓであり、評価の計算時間を考慮して、サイクルタイムは１０ｍｓより短く減少されるので、相対速度の時間的展開を高い解像度でだけ追求することができる。その場合に、２．２ｍｓの測定時間内に、例えば、それぞれ約２．２μｓの長さで、１０２４のサンプルサイクルを実施することができ、ドップラーシフトの決定（ＦＦＴによる）によって、０．０６ｍ／ｓより少ないエラーで相対速度が定められる。その場合に測定領域は、例えば０．２から６０ｍ／ｓであり、速度測定は任意に小さい対象距離まで、従って実際には衝突時点まで続行することができるので、衝突前の１０ｍｓより少ない最後の速度測定が行われる。このようにして、衝突速度が極めて精確に定められるので、プリクラッシュシステム２０をそれに応じて構成することができる。

評価が、種々の異なる送信および受信方向に対応づけられたチャネル内でパラレルに行われる場合に、振幅比を用いて相変わらず方向情報が獲得され、それが、差し迫った衝突箇所を位置特定することを許す。ドップラー効果を用いて測定される相対速度は、レーダーセンサから衝突対象における反射中心への視線に沿った相対速度である。しかし、この視線の方向は、中央衝突でない場合、かつ距離が小さい場合には、実際の衝突方向から著しくずれることがあるので、測定された相対速度も実際の衝突速度からずれている。方向情報を用いて、この偏差が計算的に補正される。

他方で、例えば、中央衝突の場合に、方向情報の評価が省かれる場合には、提供されるチャネルはそれに応じて回数を増やされた、相対速度の計算のために利用されるので、サイクルタイムをさらに短縮し、従って解像度をさらに改良することができる。

図３と４には、衝突速度Ｖと衝突対象に対する距離Ｄの時間的展開がどのように追求されるかが例で示されている。例として、自己の車両が停まっている障害物に追突すると仮定されるので、相対速度Ｖ（図３）は、ここでは自己の車両の絶対速度に応じた大きさに相当する。時点ｔ０まで、この相対速度Ｖは処理段２２を用いて、測定サイクルＴ１に相当するインターバルで定められる。図３のカーブ３４によって示される速度の減少は、運転者により、あるいは衝突認識装置１８によって自動的に作動される、自己の車両の減速に相当する。車両のほぼ分かっている減速能力を用いて、このカーブが、図３に破線３６で示唆されるように、未来へ補外される。実際においては、この補外はもちろん著しい不確実性を伴っている。というのは自己の車両の実際の減速は種々のファクターによって、例えば凍結した道路における道路状態によって、影響を受ける可能性があるからであり、かつ一般的な場合において、停止していない障害物に衝突する場合には、相対速度は衝突対象の絶対速度の予測できない変化にも依存するからである。

図４のカーブ３８は、距離Ｄの時間的な然るべき推移を示しており、この距離は時点ｔ０まで直接測定することができ、その後は、図４に破線４０で示唆されるように、補外された相対速度（カーブ３６）の積分によって見積もることができる。このライン４０とｔ軸（Ｄ＝０）との交点が、衝突時点の見積り値Ｔ’_ｃを供給する。その後、図３のカーブ３６を用いて、衝突速度の対応する見積り値Ｖ’_ｃが読み出される。

時点ｔ０から、レーダーセンサ１０は速度測定モードになり、相対速度Ｖは、より短い測定サイクルＴ２に応じて、より正確に、かつより高い解像度で測定される。図３において太い線で記入されているカーブ３４の推移が示すように、この例においては相対速度Ｖの減少は予測されるよりも少ない結果になるので、実際の相対速度は、カーブ３６によって示される、補外された速度より大きいままである。相対速度の実際の推移は、実際に高い時間的解像度で実際の衝突時点Ｔ_ｃまで追跡される。最後の速度測定は、衝突時点の１０ｍｓ前より少ない時点ｔ１で行われる。

測定された相対速度Ｖの積分によって、衝突対象への距離を示す、図４のカーブ３８も、時点ｔ０を越えて延ばされる。これが、実際の衝突時点Ｔｃのますます正確になる予報を可能にする。正確な衝突時点Ｔｃを得るためには、時点ｔ１の最後の速度測定において、相対速度と距離は未来へ１０ｍｓより少ない分だけ補外されるだけで済む。その場合に、図３のカーブ３４を用いて、衝突速度Ｖｃのさらに正確な値を定めることもできる。このようにして、プリクラッシュシステム２０のコンフィグレーションが、実際の条件にずっと良好に適合される。

本発明に基づくレーダーシステムのブロック図を示している。 送信されるレーダー信号の周波数／時間ダイアグラムである。 レーダーシステムの作業方法を説明する速度／時間ダイアグラムである。 レーダーシステムの作業方法を説明する距離／時間ダイアグラムである。

Claims (4)

1. レーダーセンサ（１０）と、車両の周囲にある対象との距離（Ｄ）と相対速度（Ｖ）を測定する評価装置（１２）と、測定された距離と相対速度を用いて差し迫った衝突を認識して、予測される衝突時点（Ｔ_ｃ）と衝突速度（Ｖ_ｃ）に関するデータをプリクラッシュシステム（２０）へ供給する衝突認識装置（１８）と、を有する自動車用レーダーシステムにおいて、
   レーダーセンサ（１０）は、衝突認識装置（１８）によって、距離と相対速度を測定するノーマルな駆動モード（ＦＭＣＷ）から相対速度のみを測定する速度測定モード（ＣＷ）へ切り替え可能であって、
   衝突認識装置（１８）が不可避な衝突を認識して速度測定モード（ＣＷ）へ切り替えた後に、レーダーセンサの速度測定モード（ＣＷ）において測定された相対速度（Ｖ）と、切替え前にノーマルな駆動モードにおいて測定された距離（Ｄ）と、速度測定モード（ＣＷ）におけるレーダーセンサ（１０）の測定サイクル（Ｔ２）を用いて、測定された相対速度（Ｖ）の積分によって対象との距離を算出し、予測される衝突時点（Ｔ _ｃ ）と衝突速度（Ｖ _ｃ ）を計算する計算モジュール（２６）を備えることを特徴とする、自動車用レーダーシステム。
2. レーダーセンサ（１０）が、レーダーセンサのノーマルな駆動モード（ＦＭＣＷ）において、ＦＭＣＷレーダーとして動作することを特徴とする、請求項１に記載のレーダーシステム。
3. レーダーセンサ（１０）が、速度測定モード（ＣＷ）において、ドップラーレーダーとして動作することを特徴とする、請求項１または２に記載のレーダーシステム。
4. 速度測定モード（ＣＷ）におけるレーダーセンサの測定サイクル（Ｔ２）は、ノーマルな駆動モードにおけるレーダーセンサの測定サイクルよりも短いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダーシステム。

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