JP6020321B2 - 物標検出装置及び車両制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両の周囲に存在する物標に関する情報を生成する物標検出装置、及び物標検出装置で生成された情報を利用する車両制御システムに関する。
従来、車両周囲の所定角度に渡り、一定期間毎にレーダ波(レーザー波、ミリ波など)を送信波として照射し、反射波を受信することによって、車両周囲に存在する各種物標を検出する物標検出装置が知られている。そして、この種の物標検出装置は、自車両の進行方向の前方において自車両と同じ車線を走行する車両(先行車両)を検出し、先行車両との車間距離を一定に保つように車速を制御したり、先行車両が存在しない場合に所定の一定速度で走行するように車速を制御したりする、いわゆるオートクルーズコントロール(ACC)などに適用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−279099号公報
ところで、積荷である車両を積載してない状態の2段フロア式キャリアカー等のように、レーダ波を、車幅方向両端付近の二つの地点で強く反射し、しかも、その二つの反射点が通常の一般的な乗用車の車幅以上に離れているような大型車両が先行車両である場合、従来の物標検出装置では、これら二つの反射点を、別々の物標(例えば、自車線に対して隣接する両隣の車線を並走する二台の車両等)に基づくものであると誤検出してしまう可能性があるという問題があった。更に、このような誤検出が生じた場合に、ACCでは、両物標の間を通り抜け可能であると判断して制御を行ってしまう可能性があるという問題もあった。
本発明は、上記問題点を解決するために、レーダ波を強く反射する反射点が複数存在する大型物標の誤検出を抑制することを目的とする。
本発明の物標検出装置は、車両に搭載され、車両の外部に向けて送信したレーダ波の反射波を受信することによって、レーダ波を反射した物標に関する情報を生成するものであり、反射点位置検出手段と、物標情報生成手段と、カウント手段と、並走ペア抽出手段と、判断手段とを備える。
物標情報生成手段は、レーダ波を送受信して、前記レーダ波を反射した反射点の位置を検出する。カウント手段は、反射点位置検出手段で検出された反射点毎に、着目する反射点を対象反射点として、対象反射点を基準にして設定される同一物標に起因する反射点が存在する可能性がある対象範囲内に存在し、且つ、対象反射点との速度差が予め設定された同速判定閾値以下である反射点の数をカウントする。抽出手段は、予め設定された並走条件を満たす反射点のペアである並走ペアを抽出する。判断手段は、並走ペア抽出手段にて抽出された並走ペアを構成する二つの反射点のうち少なくとも一方のカウント手段でのカウント値が、予め設定されたサイズ判定閾値以上である場合に、並走ペアを構成する二つの反射点は同一物標に起因すると判断する。物標情報生成手段は、反射点位置検出手段での検出結果に従い、判断手段での判断結果を反映した物標情報(レーダ波を反射した物標に関する情報)を生成する。
つまり、対象反射点の起因となる物標のサイズが大きいほど、対象反射点の周辺で検出される対象反射点と同速度の(同一物標に起因する可能性のある)反射点の数は増加する。このため、カウント値がサイズ判定閾値より大きい場合には、そのカウント対象の反射点の起因となった物標は、自車両より大きな車幅を有する大型の物標(例えば大型車両)である可能性が高い。従って、並走ペアを構成する反射点の少なくとも一方のカウント値がサイズ判定閾値を超えている場合は、並走ペアが同一物標に起因する可能性が高いと判断することができる。
このように構成された本発明によれば、並走ペアを構成する二つの反射点が同一物標に起因する場合に、これらを異なる二つの物標に起因するものとして誤検出してしまうことを抑制することができる。更には、オートクルーズコントロールを行う車両制御システムにおいて、その二つの物標の間に走行可能なスペースが存在するものとして制御を実行してしまうことを防止することができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
また、本発明は、前述した物標検出装置、物標検出装置を構成要素とする車両制御システムの他、物標検出装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム、物標検出方法など、種々の形態で実現することができる。
車両制御システムの構成を示すブロック図である。 信号処理部が実行する物標検出処理の内容を示すフローチャートである。 大型の物標の反射点を例示すると共に、反射点数のカウント対象となる対象範囲を例示する説明図である。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[全体構成]
本発明が適用された車両制御システムは、車両に搭載され、図1に示すように、車間制御電子制御装置(以下「車間制御ECU」と称す。)30、エンジン電子制御装置(以下「エンジンECU」と称す。)32、ブレーキ電子制御装置(以下「ブレーキECU」と称す。)34を備える。これらはLAN通信バスを介して互いに接続されている。また、各ECU30,32,34は、いずれも周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、少なくともLAN通信バスを介して行うためのバスコントローラを備えている。
また、車間制御ECU30には、図示しない警報ブザー、メータ等の報知表示器、クルーズコントロールスイッチ、目標車間設定スイッチ等が接続されている他、レーダセンサ1が接続されている。
ここでレーダセンサ1は、FMCW方式のいわゆる「ミリ波レーダ」として構成されたものであり、周波数変調されたミリ波帯のレーダ波を送受信することにより、レーダ波を反射した反射点の位置を検出し、その検出結果に従って、車両や路側物等の物標を認識し、これらの認識した物標に関する情報である物標情報を生成して、車間制御ECU30に送信する。なお、物標情報には、物標との距離,相対速度、物標が位置する方位の他、物標が通常の乗用車より大きな横幅を有する大型の物標であるか否かを表す大型フラグが含まれている。
ブレーキECU34は、図示しないステアリングセンサ、ヨーレートセンサからの検出情報(操舵角、ヨーレート)に加え、図示しないM/C圧センサからの情報に基づいて判断したブレーキペダル状態を車間制御ECU30に送信すると共に、車間制御ECU30から目標加速度、ブレーキ要求等を受信し、これら受信した情報や判断したブレーキ状態に従って、ブレーキ油圧回路に備えられた増圧制御弁・減圧制御弁を開閉するブレーキアクチュエータを駆動することでブレーキ力を制御するように構成されている。
エンジンECU32は、図示しない車速センサ、スロットル開度センサ、アクセルペダル開度センサからの検出情報(車速、エンジン制御状態、アクセル操作状態)を車間制御ECU30に送信すると共に、車間制御ECU30からは目標加速度、フューエルカット要求等を受信し、これら受信した情報から特定される運転状態に応じて、内燃機関のスロットル開度を調整するスロットルアクチュエータ等に対して駆動命令を出力するように構成されている。
車間制御ECU30は、エンジンECU32から車速やエンジン制御状態、ブレーキECU34から操舵角、ヨーレート、ブレーキ制御状態等を受信する。また、車間制御ECU30は、クルーズコントロールスイッチ,目標車間設定スイッチなどによる設定値、及びレーダセンサ1から受信した物標情報に基づいて、先行車両との車間距離を適切な距離に調節するための制御指令として、エンジンECU32に対しては、目標加速度、フューエルカット要求等を送信し、ブレーキECU34に対しては、目標加速度、ブレーキ要求等を送信する。また、車間制御ECU30は、警報発生の判定を行い、警報が必要な場合には警報ブザーを鳴動させる。また、必要に応じて、先行車両となる物標が通常の乗用車より大きな横幅を有する大型の物標であることを示すアイコン、マークを報知表示器に表示させるように構成されている。
[レーダセンサの構成]
ここで、レーダセンサ1の詳細について説明する。
レーダセンサ1は、時間に対して周波数が直線的に増加する上り区間、及び周波数が直線的に減少する下り区間を有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する発振器10と、発振器10が生成する高周波信号を増幅する増幅器12と、増幅器12の出力を送信信号Ssとローカル信号Lとに電力分配する分配器14と、送信信号Ssに応じたレーダ波を放射する送信アンテナ16と、レーダ波を受信するn個の受信アンテナからなる受信アンテナ部20とを備えている。
また、レーダセンサ1は、受信アンテナ部20を構成するアンテナのいずれかを順次選択し、選択されたアンテナからの受信信号Srを後段に供給する受信スイッチ21と、受信スイッチ21から供給される受信信号Srを増幅する増幅器22と、増幅器22にて増幅された受信信号Sr及びローカル信号Lを混合してビート信号BTを生成するミキサ23と、ミキサ23が生成したビート信号BTから不要な信号成分を除去するフィルタ24と、フィルタ24の出力をサンプリングしデジタルデータに変換するA/D変換器25と、発振器10の起動又は停止やA/D変換器25を介したビート信号BTのサンプリングを制御すると共に、そのサンプリングデータを用いた信号処理や、車間制御ECU30との通信を行い、信号処理に必要な情報(車速情報)、及びその信号処理の結果として得られる情報(ターゲット情報など)を送受信する処理などを行う信号処理部26とを備えている。
このうち、受信アンテナ部20を構成する各アンテナは、そのビーム幅がいずれも送信アンテナ16のビーム幅全体を含むように設定されている。そして、各アンテナがそれぞれCH1〜CHnに割り当てられている。
また、信号処理部26は、周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、更に、A/D変換器25を介して取り込んだデータについて、高速フーリエ変換(FFT)処理などを実行するための演算処理装置(例えばDSP)を備えている。
[レーダセンサの動作]
このように構成された本実施形態のレーダセンサ1では、信号処理部26からの指令に従って発振器10が起動すると、その発振器10が生成し、増幅器12が増幅した高周波信号を、分配器14が電力分配することにより、送信信号Ss及びローカル信号Lを生成し、このうち送信信号Ssは、送信アンテナ16を介してレーダ波として送出される。
そして、送信アンテナ16から送出され物標に反射して戻ってきた反射波は、受信アンテナ部20を構成するすべての受信アンテナにて受信され、受信スイッチ21によって選択されている受信チャンネルCHi(i=1〜n)の受信信号Srのみが増幅器22で増幅された後ミキサ23に供給される。すると、ミキサ23では、この受信信号Srに分配器14からのローカル信号Lを混合することによりビート信号BTを生成する。このビート信号BTは、フィルタ24にて不要な信号成分が除去された後、A/D変換器25にてサンプリングされ、信号処理部26に取り込まれる。
なお、受信スイッチ21は、レーダ波の一変調周期の間に、すべてのチャンネルCH1〜CHnが所定の回(例えば512回)ずつ選択されるよう切り替えられ、また、A/D変換器25は、この切り替えのタイミングに同期してサンプリングを行う。つまり、レーダ波の一変調周期の間に、チャンネルCH1〜CHn毎かつレーダ波の上り/下り各区間毎にサンプリングデータが蓄積されることになる。
[物標検出処理]
次に、信号処理部26が実行する物標検出処理を、図2に示すフローチャートに沿って説明する。なお、信号処理部26を構成するROMには、本処理のプログラムが少なくとも記憶されている。
本処理は、レーダ波の一変調周期を測定サイクルとして繰り返し起動する。
本処理が起動すると、S110では、前回の測定サイクルの間に蓄積された一変調周期分のサンプリングデータについて周波数解析処理(ここではFFT処理)を実行し、チャンネルCH1〜CHn毎かつレーダ波の上り/下り各区間毎にビート信号BTのパワースペクトルを算出する。
S120では、S110で求めたパワースペクトル上でピークとなる周波数成分(以下「ピーク周波数成分」と称する。)を抽出するピークサーチを行う。なお、このピークサーチにて抽出されるピーク周波数成分には、後述するS180での予測値に適合するものとそれ以外のものとがあり、更に、予測値に適合するピーク周波数成分が存在しない場合には、ノイズや他のピーク周波数成分に埋もれているものとみなしてピーク周波数成分の外挿を行う。なお、適合するとは、予め設定された許容範囲内で一致することを意味するものとする。また、外挿したピーク周波数成分の信号レベルは、ゼロ、或いはノイズレベルに設定する。
S130では、S120で抽出されたピーク周波数成分(但し、外挿されたものを除く)毎かつ変調区間毎に、そのピーク周波数を発生させた反射波の到来方向を求める方位演算処理を実行する。具体的には、各チャンネルCH1〜CHnから集めたn個の同一周波数のピーク周波数成分について周波数解析処理(ここではFFT処理、又はMUSIC等のスーパーレゾリューション法)を実施する。
S140では、S120にて抽出された上り変調時のピーク周波数成分と下り変調時のピーク周波数成分との組み合わせを設定するペアマッチ処理を実行する。具体的には、S120で抽出したピーク周波数成分の信号レベルやS130にて算出した到来方向がほぼ一致するもの(両者の差が予め設定された一致判定閾値以下であるもの)を組み合わせる。更に、設定された各組み合わせについて、FMCWレーダにおける周知の手法を用いて距離,相対速度を算出し、その算出距離,算出速度が予め設定された上限距離,上限速度より小さいもののみを、正式なペアとして登録する。なお、登録されペアが示す位置は、レーダ波を反射した物標上に存在する反射点の位置であるため、以下では、この登録されたペアを反射点ともいう。
S150では、S140にて登録されたペア(反射点)毎に、着目する反射点である対象反射点を基準にして設定される対象範囲内に存在し、且つ、対象反射点との速度差が予め設定された同速判定閾値(例えば、5km/s)以下である反射点の数をカウントする。以下では、このカウント値を反射点数カウント値という。なお、対象範囲は、対象反射点との縦位置の差が予め設定された縦位置選択判定値(本実施形態では5m)以下であり、且つ、対象反射点との横位置の差が予め設定された横位置選択判定値(本実施形態では1m)以下となる矩形状の範囲を用いる(図3参照)。但し、縦位置選択判定値や横位置選択判定値は、対象反射点と同一物標に起因する反射点が検出される可能性がある範囲をカバーするように設定する。
S160では、今回の測定サイクルのS140で登録されたペア(以下「今サイクルペア」と称する。)毎に、これら今サイクルペアが、前回の測定サイクルのS140で登録されたペア(以下「前サイクルペア」と称する。)と同一の物標を表すものであるか(履歴接続があるか)を判定する履歴追尾処理を実行する。
具体的には、前サイクルペアの情報に基づいて、前サイクルペアに対応する今サイクルペアの予測位置及び予測速度を算出し、その予測位置,予測速度と、今サイクルペアから求めた検出位置,検出速度との差分(位置差分,速度差分)が予め設定された上限値(上限位置差,上限速度差)より小さい場合には、履歴接続あるものと判断し、複数の測定サイクル(例えば5サイクル)に渡って履歴接続があると判断されたペアを物標であると認識する。なお、今サイクルペアには履歴接続のある前サイクルペアの情報(例えば、履歴接続の回数や、後述する外挿カウンタ,外挿フラグ等)が順次引き継がれていく。
S170では、今サイクルのS160で認識された物標を今サイクル物標、前サイクルのS160で認識された物標を前サイクル物標として、今サイクル物標と履歴接続のない前サイクル物標があれば、その前サイクル物標についての予測値に基づいて外挿ペアを作成し、その外挿ペアを今サイクル物標に追加する物標外挿処理を実行する。
なお、各今サイクル物標には、外挿の有無を表す外挿フラグ、連続して外挿された回数を表す外挿カウンタが設定され、今サイクル物標が実際に検出された実ペアである場合には外挿フラグ,外挿カウンタがゼロクリアされ、今サイクル物標が外挿ペアである場合には外挿フラグが1にセットされると共に、外挿カウンタがインクリメントされる。そして、外挿カウンタのカウント値が予め設定された破棄閾値に達した場合は、その物標をロストしたものとして破棄する。
S180では、S160,S170にて登録された今サイクル物標のそれぞれについて、次サイクルで検出されるべきピーク周波数、検出されるべき方位角度を求める次サイクル物標予測処理を実行する。
S190では、S160,S170で登録された今サイクル物標の中に、予め設定された並走条件を満たす物標(即ち反射点)のペア(以下「並走ペア」という)が存在するか否かを判断する。具体的には、着目する並走ペアが、互いの間隔が予め設定された間隔判定閾値(本実施形態では3m)以内であり、且つ、自車両から並走ペアの各反射点までの距離差が予め設定された並走判定閾値(本実施形態では1m)以下である場合に、並走条件を満たすものとする。但し、間隔判定閾値は、横位置選択判定値よりは少なくとも大きく、標準的な一車線分の車線幅程度の大きさとなるように設定する。
並走ペアが存在する場合(S190:YES)、S200に移行して、並走ペアを構成する二つの今サイクル物標のうち、少なくとも一方の反射点数カウント値が、予め設定されたサイズ判定閾値(例えば6)以上であるか否かを判断する。なお、サイズ判定閾値は、実験結果等に基づき、自車両の車幅より大きい幅を有する大型の物標であるか否かを判定できるような値に予め設定されている。尚、サイズ判定閾値は1である場合もある。つまり、S150に示される所定条件を満たす反射波が1つ以上存在する(カウントされる)場合に大型の物標であると判断する場合もある。
少なくとも一方の反射点数カウント値がサイズ判定閾値以上である場合(S200:YES)、S210に移行して、並走ペアを構成する二つの今サイクル物標の双方について、同一物標に起因する他の今サイクル物標が存在する大型の物標であることを表すサイズ情報を付加してS190に戻る。一方、いずれの反射点数カウント値も閾値未満である場合(S200:NO)、S210をスキップしてS190に戻る。なお、S190〜S210の処理は、すべての並走ペアについて繰り返し実行される。
また、並走ペアが元々存在しないか、すべての並走ペアについてS190〜S210の処理が終了した場合(S190:NO)、S220に移行して、今サイクル物標に基づいて物標情報を生成し、その生成した物標情報を車間制御ECU30に送信して、本処理を終了する。
但し、物標情報を生成する際に、サイズ情報が付加された今サイクル物標(並走ペア)については、二つの今サイクル物標を一つの物標にまとめ、両者の中間を物標の位置とし、両者の間隔を物標の横幅サイズとする物標情報を生成する。
[効果]
以上説明したように、レーダセンサ1では、並走ペアが検出された場合に、反射点数カウント値から、並走ペアの起因となった物標が、自車両より大きい車幅を有した大型の物標(大型車両等)であるか否かを推定し、大型の物標であると推定した場合は、並走ペアは、単一の物標に起因するものとして単一の物標情報を生成する。
このため、車間制御ECU30では、同一の大型車両上の複数の反射点からの反射波に基づいて複数の今サイクル物標が生成され、しかも、両者の間隔が自車両で通り抜け可能な程度に離れていたとしても、これを並走する二つの物標として誤検出してしまうことが抑制されるため、オートクルーズコントロールの安全性,信頼性を向上させることができる。
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。
上記実施形態では、反射点数のカウント(S150)を、ペアマッチ(S140)の後に実行しているが、履歴追尾/物標認識(S160)の後から、S190の前までの間に実行するように構成してもよい。この場合、履歴追尾により、反射点数をカウントすべき反射点の数が減少することになるため、処理負荷を軽減することができる。
上記実施形態では、S220において、サイズ情報が付加された並走ペアを一つの物標として物標情報を生成しているが、並走ペアを構成する今サイクル物標(反射点)のそれぞれについて、サイズ情報付きの物標情報を生成するように構成してもよい。この場合、物標情報の提供を受ける車間制御ECU30側で、並走ペアの間を通り抜け可能か否かをサイズ情報に基づいて判断し、その判断結果に従って、オートクルーズコントロールを実行すればよい。
1…レーダセンサ 10…発振器 12…増幅器 14…分配器 16…送信アンテナ 20…受信アンテナ部 21…受信スイッチ 22…増幅器 23…ミキサ 24…フィルタ 25…A/D変換器 26…信号処理部 30…車間制御ECU 32…エンジンECU 34…ブレーキECU

Claims (6)

  1. 車両に搭載され、前記車両の外部に向けて送信したレーダ波の反射波を受信することによって、前記レーダ波を反射した物標に関する情報を生成する物標検出装置であって、
    レーダ波を送受信して、前記レーダ波を反射した反射点の位置を検出する反射点位置検出手段(S110〜S140)と、
    前記反射点位置検出手段での検出結果に従って、前記レーダ波を反射した物標に関する情報を生成する物標情報生成手段(S220)と、
    前記反射点位置検出手段で検出された反射点毎に、着目する前記反射点を対象反射点として、該対象反射点を基準にして設定される対象範囲内に存在し、且つ、前記対象反射点との速度差が予め設定された同速判定閾値以下である前記反射点の数をカウントするカウント手段(S150)と、
    予め設定された並走条件を満たす前記反射点のペアである並走ペアを抽出する並走ペア抽出手段(S190)と、
    前記並走ペア抽出手段にて抽出された並走ペアを構成する二つの反射点のうち少なくとも一方の前記カウント手段でのカウント値が、予め設定されたサイズ判定閾値以上である場合に、該並走ペアを構成する二つの前記反射点は同一物標に起因すると判断する判断手段(S200〜S210)と、
    を備え、前記物標情報生成手段は、前記判断手段での判断結果を反映した物標情報を生成することを特徴とする物標検出装置。
  2. 前記並走ペア抽出手段は、前記並走ペア間の間隔が前記車両の車幅より広く設定された間隔判定閾値以下であり、且つ、前記車両から前記並走ペアを構成する各反射点までの距離差が並走判定閾値以下であり、且つ、前記並走ペアの速度差が前記同速判定閾値以下であることを、前記並走条件として用いることを特徴とする請求項1に記載の物標検出装置。
  3. 前記物標情報生成手段は、前記判断手段にて同一物標に基づくと判断された前記並走ペアから、一つの物標に関する前記物標情報を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物標検出装置。
  4. 前記物標情報生成手段は、前記反射点毎に前記物標情報を生成し、前記判断手段にて同一物標に基づくと判断された前記並走ペアを構成する各反射点に基づく前記物標情報に、同一物標に基づく他の物標情報が存在する大型の物標であることを表すサイズ情報を付加することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物標検出装置。
  5. 前記判断手段に基づき、先行車両となる物標が通常の乗用車より大きな横幅を有する大型の物標であることが判断される場合、大型の物標を示す図形を報知表示器に表示させることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の物標検出装置。
  6. 請求項4または請求項4を引用する請求項5に記載の物標検出装置(1)と、
    前記物標検出装置により生成された物標情報に従ってオートクルーズコントロールを実行する制御手段(30)と、
    を備え、前記制御手段は、前記物標情報に付加されたサイズ情報に従って、前記同一物標に基づくと判断された前記並走ペアの間を通り抜け不能であるものとして、前記オートクルーズコントロールを実行することを特徴とする車両制御システム。
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