JP5013976B2 - 車両側方認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両側方認識装置に関する。

特許文献１には、レーダ、光、音等の波動を用いたセンサを車両の後輪側面に設置し、このセンサからの情報に基づいて、車両側方の物体を監視する車両周囲監視装置が開示されている。このセンサは、一方向、すなわち、後輪の回転軸と平行でない方向に向かってビームを出射する。車両走行時における後輪の回転に伴い、センサから出射されるビームの照射領域自体も回転するので、３６０度の全周にわたって照射領域（監視領域）が確保される。これにより、１つのセンサで車両周囲を広い範囲で監視することができる。

特開２００６−７９０７号公報

しかしながら、上述した従来技術では、原理的に、後輪が回転していなければ有効な監視領域を確保することができず、後輪が回転していない状態、すなわち、車両停止時には、監視を有効に行うことができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、走行状態に依存することなく、車両側方の監視領域を有効に確保することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、ループアンテナと、距離測定部とを有する車両側方認識装置を提供する。ループアンテナは、車両のホイール形状に合わせて、このホイールの略全周にわたってリング状に延在するようにホイールに取り付けられている。距離測定部は、ループアンテナから放射された送信波がターゲットによって反射して受信されるまでの往復伝搬時間に基づいて、車両側方に存在するターゲットまでの距離を測定する。

ここで、本発明において、距離測定部は、ループアンテナによって受信された受信波と、ターゲット検出のための基準を与える参照波との差分によって差分波を算出し、この差分波が正のピークを有する場合にターゲットが障害物であると判断し、この差分波が負のピークを有する場合にターゲットが側溝であると判断することが好ましい。

また、本発明において、ループアンテナと距離測定部との間における伝送路の一部に、無線による伝送路が介在していてもよい。

さらに、本発明において、ホイールと同一の車両側面に設けられた他のホイール形状に合わせて、この他のホイールの略全周にわたってリング状に延在するように他のホイールに取り付けられている他のループアンテナをさらに設けてもよい。この場合、距離測定部は、ループアンテナと他のループアンテナとを用いて、ターゲットまでの距離を測定する。

本発明によれば、ループアンテナがホイールの略全周にわたってリング状に延在しているので、その指向性は、走行状態に関わりなくホイールの回転軸方向に向く。したがって、走行状態のみならず走行停止の状態であっても車両側方の監視領域を有効に確保することができる。

図１は、本実施形態にかかる車両（自動車）用の車輪の構成図であり、図２は、ループアンテナの説明図である。この車輪１は、ホイール２と、その外周に取り付けられたタイヤ３と、ループアンテナ４とで構成されている。このループアンテナ４は、電波式レーダ用のアンテナであり、フィルム状の部材として、ホイール２の形状に合わせて取り付けられている。ループアンテナ４は、ホイール２の略全周にわたってリング状に延在している。ループアンテナ４には、給電点Ｋを介して、送信／受信回路５に接続されている。ループアンテナ４の開口面は円形で、同一長のループアンテナとしては断面積が最大となるので、最も高い利得が得られる。また、図２に示すように、ループアンテナ４の指向性Ａは、車輪１の舵角等に応じて変化するが、走行時や停止時といった走行状態に関わりなく、常にホイール２の回転軸方向に向く。

アンテナ数を少なくするためには、アンテナに広角性を持たせる必要があり、そのためには搬送波の波長を長く設定する必要がある。車両側方の認識において、距離測定を行うターゲットとしては、近距離にある壁、車、人、自転車、側溝等が挙げられる。一例として、レーダの搬送波の波長λを１ｍ（周波数３００ＭＨｚ）とする。また、車両側方の距離測定可能範囲（監視範囲）を２ｍ以内の近距離とし、車両の低速時および停止時に監視を行うものとする。

車両走行時における車輪１の回転による影響について検討する。まず、ループアンテナ４の許容差εは下式のようになる。

ε ≦ λ／１００［ｍ］

同式より、波長１ｍに対してのループアンテナ４の許容差εは１ｃｍ以下と考えられる。車速を２０ｋｍ／ｈ（＝５．５６ｍ／ｓ）以下とすると、車両が１ｃｍ移動する時間は１．８ｍｓｅｃとなる。ここで、探知距離範囲を２ｍ、分解能を１ｃｍとすると、２００個のサンプル点が必要になる。そこで、２００個のサンプル点を得るために必要なパルスを２０００パルスに設定した場合、車両が１ｃｍ移動する移動時間を２ｍｓｅｃとし、２ｍｓｅｃ／２０００パルスより、１μｓｅｃ毎にパルスを発信することとする（周波数１ＭＨｚ）。このように、タイヤの回転による影響を無視できる送信パルス間隔に設定することで、走行中であっても必要な測拒精度を確保することができる。また、搬送波の波長λ（１ｍ）と、ホイール２の外周とがほぼ一致するので、測距精度の高い近距離用レーダを標準的なホイールにて容易に実現することができる。

また、電波式レーダアンテナとして用いられるアンテナの設置場所を車体（ボディ）自体ではなくホイール２とすることで、アンテナのインピーダンスに関する問題を低減することができる。前者のケースとして、例えば車体側面にアンテナを設置する場合、車体をグランド（接地）するとき、車体との間隔が十分にとれず、アンテナのインピーダンスを十分に確保することが困難となる。その結果、距離測定用の電波式レーダアンテナとしては機能が不十分となる。一般に、車載アンテナにおいて、アンテナと車体とを絶縁し、車体をグランドする場合には、大部分の電気力線がアンテナ、大地、車体の順に流れて、大地を介して車体に戻ってくる。他方、一部の電気力線は、アンテナから直接車体に流れ、大地を介さずに車体に戻ってくる。アンテナの設置場所がグランドされた車体に近づくにつれて、アンテナと車体の間の静電容量による結合が大きくなるため、アンテナのインピーダンスが低下する。その結果、大地を介さずに車体に直接戻ってくる電流の成分が増大する。車体とアンテナの間隔が十分に確保できないとき、車体をグランドすることができないのはそのためである。このような問題に鑑み、例えば特開２００１−８３２４４号公報に開示されているように、グランド板を別途設置する手法も提案されているが、この場合には、グランド板の追加によるサイズや重量の増加という問題が生じる。これに対して、本実施形態のように、設置場所を車体から隔離されたホイール２にした場合、車体をグランドしても、アンテナのインピーダンスを十分に確保できるので、上記の問題を解決することができる。また、アンテナを車体に設置する必要がないので、車体を改造する必要もない。

さらに、ループアンテナ４は、ホイール２の略全周にわたって延在しているので、これを装着してもホイールバランスを崩すことがない。したがって、このバランスを崩した状態での走行時に生じる不快な振動を未然に防止することができる。

図３は、上述した構成を有するループアンテナ４を用いた車両側方認識装置の構成図であり、左右いずれかの側面における認識系のみを示している。この認識装置は、一対のループアンテナ４ａ，４ｂと、送信回路５ａと、受信回路５ｂと、距離測定部６と、スピーカやディスプレイといった情報提示装置７とで構成されている。送信用ループアンテナ４ａおよび送信回路５ａは、一方の車輪１（例えば前輪）に設けられており、受信用ループアンテナ４ｂおよび受信回路５ｂは、他方の車輪１（例えば後輪）に設けられている。また、距離測定部６および情報提示装置７は、車体内部に設けられている。距離測定部６には、ターゲットＴを検出するための基準を与える参照波が予め格納されており、ターゲットＴの検出は、これと受信波との間における波形の比較に基づいて行われる。この参照波は、いかなるターゲットＴも存在しない状況下で受信した受信波の波形パターンに相当する。この認識装置が検出対象とするターゲットＴは、近距離にある壁、車、人、自転車といった物体（障害物）、および、路面に形成された側溝であり、両者を区別して検出可能である。なお、車輪１が回転していても送信／受信回路５ａ．５ｂとの通信を非接触で実行可能にすべく、ループアンテナ４ａ，４ｂと距離測定部６との間における伝送路の一部に、無線による伝送路を介在させてもよい。例えば、送信／受信回路５ａ，５ｂと距離測定部６の間の伝送路を無線にするといった如くである。このようにすれば、タイヤ３を交換した場合でも再設定を容易に行うことができる。

図４は、車両側方認識のフローチャートである。このフローチャートに示した処理は、車両の停止時または低速時において、所定のサイクルで繰り返し実行される。まず、ステップ１において、送信回路５ａは、距離測定部６からの指示に基づいて、パルス状の送信波を生成する。生成された送信波は、送信用ループアンテナ４ａによって外部に放射される。ステップ２において、受信用ループアンテナ４ｂは、送信された送信波のうちターゲットＴで反射したものを受信する。受信回路５ｂは、この受信波に所定の処理を施して、距離測定部６に供給すべき受信波（受信信号）を生成する。

ステップ３において、距離測定部６は、自己が有する記憶部に予め格納された参照波を読み出すとともに、この参照波と、受信波との差分を算出して差分波を生成する。そして、差分波中に所定高以上のピークが存在しない場合、すなわち、受信波が参照波と一致する場合には、ターゲットＴが存在しないと判断される。この場合、ステップ４，５をスキップして、今回のサイクルにおける処理を終了する。

これに対して、受信波が参照波と一致しない場合には、ターゲットＴが存在すると判断される。そして、ステップ４において、距離測定部６は、ターゲットＴまでの距離を算出する。ここで、ターゲットＴが障害物および側溝のいずれであるかは、差分波のピークの極性に基づいて判断される。図５は、ターゲットＴとして障害物が存在するケースの波形説明図である。同図（ａ）に示す参照波と、同図（ｂ）に示す参照波との差分である差分波が、同図（ｃ）に示すような正のピークを有する場合、このピークを形成するターゲットＴは障害物であると判断される。この場合、障害物までの距離は、障害物に起因した正のピークを形成する時間値に基づいて、一義的に算出される。一方、図６は、ターゲットＴとして側溝が存在するケースの波形説明図である。差分波が、同図に示すような負のピークを有する場合、ターゲットＴが路面上の側溝であると判断される。この場合、側溝までの距離は、側溝に起因した負のピークを形成する時間値に基づいて、一義的に算出される。

ステップ５において、距離測定部６は、情報提示装置７に対して、運転を支援するための情報（この情報は、距離のみならずターゲットＴの種別も伴うことが好ましい）をドライバに提示すべき旨を指示する。例えば、ターゲットＴまでの距離に応じた音量でスピーカより音を発したり、ディスプレイ上に距離を表示するといった如くである。以上のような一連の処理を経て、今回のサイクルにおける処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、ループアンテナ４がホイール２の略全周にわたってリング状に延在しているので、その指向性は、走行状態に関わりなく常にホイール２の回転軸方向に向く。図７は、アンテナの指向性に関する説明図である。同図（ａ）に示す直進走行から同図（ｂ）に示す旋回走行に移行すると、左右前輪の指向性がＡfr，ＡflからＡ’fr，Ａ’flへと変化する。すなわち、ステアリングホイールの操舵により左右前輪の向きが変わると同時に、前輪のループアンテナ４の検知方向が運転者の死角となりやすい内輪側の後方部や外輪側の前方部にシフトする。これにより、走行状態のみならず走行停止の状態であっても、更には、直進走行時のみならず旋回走行時であっても、車両側方の監視領域を有効に確保することができる。そして、ドライバにとって死角となる部分の情報を有効に提示することで、右折や左折時の巻き込み防止等の効果も含めて、ドライバの運転負担の軽減に寄与することができる。

なお、図３に示した車両側方認識装置において、更にステアリング角度情報も考慮した運転支援を行ってもよいし、車速に応じて探知距離の分解能を変更してもよい。この場合、ステアリング角度情報は、ステアリングホイールの操舵角を検出するセンサからのセンサ信号として取得することができる。

この場合、探知距離の分解能の具体的な変更手法としては、走行中は分解能を低く設定して処理速度を上げる。一方、障害物回避時などのような停止時および極低速時の場合には、分解能を高く設定して衝突回避のための詳細情報を取得し、これをドライバに提示する。また、受信信号より得られた障害物の距離情報と、ステアリング角度情報と、車速とに基づき、周知の手法を用いて衝突の危険性を予測してもよい。衝突の危険性があると判断された場合、衝突を回避するための減速方法およびステアリング回転方向をドライバに提示することが好ましい。これにより、車両側方認識装置を車速に応じて効率的に活用することができ、衝突の未然防止に寄与し、更には、運転の一層の負担軽減を図ることができる。

車両（自動車）用の車輪の構成図 ループアンテナの説明図 車両側方認識装置の構成図 車両側方認識のフローチャート ターゲットとして障害物が存在するケースの波形説明図 ターゲットとして側溝が存在するケースの波形説明図 アンテナの指向性に関する説明図

符号の説明

１ 車輪
２ ホイール
３ タイヤ
４ ループアンテナ
４ａ 送信用ループアンテナ
４ｂ 受信用ループアンテナ
５ 送信／受信回路
５ａ 送信回路
５ｂ 受信回路
６ 距離測定部
７ 情報提示装置

Claims (4)

1. 車両側方認識装置において、
   車両のホイール形状に合わせて、当該ホイールの略全周にわたってリング状に延在するように当該ホイールに取り付けられたループアンテナと、
   前記ループアンテナから放射された送信波がターゲットによって反射して受信されるまでの往復伝搬時間に基づいて、車両側方に存在する前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定部と
   を有することを特徴とする車両側方認識装置。
2. 前記距離測定部は、前記ループアンテナによって受信された受信波と、ターゲット検出のための基準を与える参照波との差分によって差分波を算出し、当該差分波が正のピークを有する場合に前記ターゲットが障害物であると判断し、当該差分波が負のピークを有する場合に前記ターゲットが側溝であると判断することを特徴とする請求項１に記載された車両側方認識装置。
3. 前記ループアンテナと前記距離測定部との間における伝送路の一部に、無線による伝送路が介在することを特徴とする請求項１または２に記載された車両側方認識装置。
4. 前記ホイールと同一の車両側面に設けられた他のホイール形状に合わせて、当該他のホイールの略全周にわたってリング状に延在するように当該他のホイールに取り付けられた他のループアンテナをさらに有し、
   前記距離測定部は、前記ループアンテナと前記他のループアンテナとを用いて、前記ターゲットまでの距離を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された車両側方認識装置。

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