JP6544273B2 - 車載装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両のスリップを判定する車載装置に関する。

近年、自車両の周辺に存在する物標を監視する装置が提案されている。一般に、この種の装置では、ＣＡＮを介して、車輪に設けられた車輪速センサにより検出された車速情報を取得し、取得した車速情報を用いて、物標が停止物であるか移動物であるか等の物標情報を算出している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１４６３７２号公報

物標情報を高精度に算出するためには、ＣＡＮを介して取得した自車両の車速と実際の車速とが一致している必要があるが、自車両がスリップしている場合、上記二つの速度は一致しない。そのため、自車両がスリップしている場合は、自車両周辺の物標を高精度に認識することができないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、自車両がスリップしているか否かを判定できる車載装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、計測波を送信して反射点で反射された計測波を受信する計測装置を備えた車両に搭載され、送受信波から生成されたビート信号のピーク周波数成分を取得して、前記反射点の相対速度を検出する車載装置である。車載装置は、車速取得部と、解析部と、ピーク推定部と、ピーク判定部と、スリップ判定部と、を備える。車速取得部は、車輪速センサの検出値から前記車両の車速情報を取得する。解析部は、計測装置により路面へ向けて送信された送信波と、送信波が路面で反射されて計測装置により受信された受信波とから生成されたビート信号を周波数解析して、周波数スペクトルを算出する。ピーク推定部は、車速取得部により取得された車速情報を用いて、路面からの反射波に対応したビート信号の周波数スペクトルにおいてピークとなる周波数ビンを推定する。ピーク判定部は、解析部により算出されたビート信号の周波数スペクトルにおいて、ピーク推定部により推定された周波数ビンでのピークが存在するか否か判定する。スリップ判定部は、ピーク判定部により周波数ビンでのピークが存在しないと判定された場合に、自車両がスリップしていると判定する。

本開示によれば、取得した車速情報を用いて、路面からの反射波に対応したビート信号の周波数スペクトルにおいてピークとなる周波数ビンが推定される。すなわち、周波数スペクトルにおいて、自車両に対する路面の相対速度を表す周波数ビンが推定される。路面の相対速度は車速に比例した値となるため、車速情報に基づいて、路面の相対速度を推定することができる。そして、路面からの反射波に対応したビート信号の周波数スペクトルが算出され、算出された周波数スペクトルにおいて、推定された周波数ビンでのピークが存在するか否か判定される。車両がスリップしていない場合、車速情報から推定した路面の相対速度は、ビート信号から算出した路面の相対速度と一致するが、車両がスリップしている場合、上記二つの相対速度は一致しない。すなわち、車両がスリップしている場合、算出された周波数スペクトルにおいて、推定された周波数ビンでのピークは存在しない。よって、推定された周波数ビンにおけるピークの存在の有無によって、車両がスリップしているか否かを判定することができる。

なお、この欄及び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。

監視システムの全体構成を示すブロック図。 車速と路面の相対速度との対応を示す図。 衝突回避制御を実行する処理手順を示すフローチャート。 スリップ判定の処理手順を示すフローチャート。 車両がスリップしていない場合における、路面の相対速度の周波数スペクトルと、車速から推定したスペクトルピークとなる周波数ビンとを示す図。 スリップしている場合における、路面の相対速度の周波数スペクトルと、車速から推定したスペクトルピークとなる周波数ビンとを示す図。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
＜全体構成＞
まず、本実施形態に係る車載装置を含む車両周辺の監視システムの構成について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る監視システムは、処理装置３０と、ミリ波レーダ１００と、車輪速センサ４０と、警報装置５０とを備え、自車両の周辺に存在する物標と自車両とが衝突する可能性があるか否かを監視するシステムである。本実施形態に係る車載装置は、処理装置３０から構成される。以下、各装置について説明する。

ミリ波レーダ１００は、車両後端に設けられたバンパの左右両端に設けられ、少なくとも一方は車両後方の路面を含む領域を探査範囲とするように設定されている。ミリ波レーダ１００は、発振器１１と、分配器１２と、送信アンテナ部１０と、受信アンテナ部２０と、受信スイッチ２５と、ミキサ２１と、増幅器２２と、ＬＰＦ２３と、Ａ／Ｄ変換器２４とを備え、多周波ＣＷレーダとして動作する。なお、ＬＰＦは、Low Pass Filterのことである。また、Ａ／Ｄ変換器は、アナログ−デジタル変換器のことである。本実施形態では、ミリ波レーダ１００が計測装置に相当する。

発振器１１は、いわゆるＰＬＬ回路付き電圧制御発振器であり、処理装置３０からの周波数制御信号Ｃｆに従った周波数を有するミリ波帯の信号を生成する。周波数制御信号Ｃｆは、処理装置３０により一定期間、所定の周波数のレーダ波を送信するように生成された信号である。ミリ波レーダ１００が２周波ＣＷレーダとして動作する場合は、発振器１１は、２種類の周波数制御信号Ｃｆを交互に受信する。なお、ＰＬＬは、Phase Locked Loopのことであり、ＣＷは、Continuous Waveすなわち連続波のことである。

分配器１２は、発振器１１の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配して、送信信号Ｓｓを送信アンテナ部１０に、ローカル信号Ｌをミキサ２１に供給する。送信アンテナ部１０は、ミリ波帯のレーダ波を送信するＫ個のアンテナからなり、送信信号Ｓｓに従ってＣＷ変調したレーダ波を放射する。その際、送信アンテナ部１０は、路面が探査範囲に入るように、レーダ波の少なくとも一部を路面へ向けて放射する。本実施形態では、レーダ波が計測波に相当する。

受信アンテナ部２０は、レーダ波を受信するＭ個のアンテナからなり、送信アンテナ部１０から送信されて、反射点で反射されたレーダ波を受信する。その際、受信アンテナ部２０は、少なくとも路面で反射されたレーダ波を受信する。

受信スイッチ２５は、受信アンテナ部２０を構成するアンテナのいずれか一つを順番に選択し、選択したアンテナからの受信信号Ｓｒをミキサ２１に供給する。ミキサ２１は、受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌを混合してビート信号Ｂを生成し、生成したビート信号Ｂを増幅器２２に供給する。増幅器２２は、ビート信号Ｂを増幅してＬＰＦ２３に供給する。ＬＰＦ２３は、Ａ／Ｄ変換器２４でのサンプリング周波数をｆｓとして、増幅器２２により増幅されたビート信号Ｂからｆｓ／２以上の周波数を有する周波数成分を除去して、Ａ／Ｄ変換器２４に供給する。Ａ／Ｄ変換器２４は、ＬＰＦ２３の出力をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングしてデジタルデータであるサンプリングデータＤｂに変換し、変換したサンプリングデータＤｂを処理装置３０に供給する。よって、ミリ波レーダ１００は、一定期間毎に送信周波数を変えて送信波を放射して、送信周波数毎にビート信号ＢのサンプリングデータＤｂを取得する。

車輪速センサ４０は、車両の各車輪に設置されており、各車輪の回転をそれぞれ検出する。車輪速センサ４０は、ＣＡＮ６０を介して処理装置３０に接続されており、ＣＡＮ６０を介して、検出値を処理装置３０に送信する。処理装置３０は、車輪速センサ４０の検出値から、車速Ｖｎ_ａを算出する。算出された車速Ｖｎ_ａは、車両がスリップしていない場合、実際の車速Ｖｎと一致するが、車両がスリップしている場合、実際の車速Ｖｎよりも高い速度となる。なお、ＣＡＮは、Controller Area Networkのことである。

処理装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータを中心に構成されているとともに、Ａ／Ｄ変換器２４を介して取り込んだデータについて、ＦＦＴ処理等の信号処理を実行する演算処理装置を備えている。処理装置３０の各機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＦＦＴは、Fast Fourier Transform すなわち高速フーリエ変換のことである。

処理装置３０は、ＣＰＵがプログラムを実行することで、車速取得処理と、解析処理と、ピーク推定処理と、ピーク判定処理と、スリップ判定処理と、物標認識処理と、回避制御処理を実行する。処理装置３０がこれらの処理を実行する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の処理を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実行してもよい。

警報装置５０は、車両に搭載されているスピーカやディスプレイであり、処理装置３０からの指令に従って、警報を音声やアラーム音で出力したり、ディスプレイに表示したりする。スピーカとしては、カーナビ装置のスピーカやオーディオスピーカ等を用いればよく、ディスプレイとしては、カーナビ装置のディスプレイやメータディスプレイ等を用いればよい。

＜車速と路面のドップラー速度との対応＞
ミリ波レーダ１００はＣＷレーダとして動作するため、ビート信号Ｂのピーク周波数成分は、反射点の自車両に対する相対速度に対応する。ここでのピークとは周波数スペクトルにおける極大値を言い、ピーク周波数成分とは、周波数スペクトルにおいて極大値となる周波数成分のことを言う。図２に示すように、路面の反射点をＲとする。反射点Ｒで反射されたレーダ波から生成したビート信号のピーク周波数成分は、路面の相対速度を表すドップラー速度Ｖｄとなる。

ここで、ミリ波レーダ１００の車両に対する取付位置に応じて、予めどの方向から反射したレーダ波が返ってくるかが決まっている。よって、ミリ波レーダ１００の取付位置を路面からΔＨの高さの位置としたときに、予め決まっているレーダ波の戻り角度をαとする。この場合、図２に示すように、車速Ｖｎと路面のドップラー速度Ｖｄには、Ｖｄ＝Ｖｎ×ｃｏｓαの関係がある。本実施形態では、戻り角度αが、予め設定された角度に相当する。

＜衝突回避処理＞
衝突回避制御は、認識した物標と車両とが衝突する可能性があると判定した場合に、物標と車両との衝突を回避するように、実行する制御である。本実施形態では、処理装置３０は、物標と車両とが衝突する可能性があると判定した場合に、ドライバの注意を促すように、衝突回避制御として警報出力を実行する。

以下、処理装置３０が実行する警報出力処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、設定されている全周波数についてレーダ波を送受信することを１測定サイクルとすると、１測定サイクル終了した都度実行される。

まず、ステップＳ１０において、車輪速センサ４０の検出値を取り込み、続くステップＳ１１において、車輪速センサ４０の検出値から車速Ｖｎ_ａを算出する。本実施形態では、ステップＳ１０及びＳ１１の処理が、車速取得部の機能が実行する処理に相当する。

続いて、ステップＳ１２では、上記サイクルの間に取得したビート信号ＢのサンプリングデータＤｂを読み出す。続いて、ステップＳ１３では、送信周波数毎に、サンプリングデータＤｂに対してＦＦＴ処理を実行し、周波数スペクトルＳｐａを算出する。続いて、ステップＳ１４では、送信周波数毎の周波数スペクトルＳｐａを足し合わせて、合成周波数スペクトルＳｐｂを算出する。本実施形態では、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が、解析部の機能が実行する処理に相当する。

続いて、ステップＳ１５では、合成周波数スペクトルＳｐｂから、多周波ＣＷレーダにおける周知の手法を用いて、少なくとも物標の車両に対する相対速度、方位を算出する。また、送信周波数毎の周波数スペクトルＳｐａから、多周波ＣＷレーダにおける周知の手法を用いて、車両から物標までの距離を算出する。さらに、算出した車速Ｖｎ_ａと相対速度とを用いて、物標が停止物か移動物かの物標状態を判定する。そして、相対速度、方位、距離、物標状態を少なくとも含む物標情報を生成する。本実施形態では、ステップＳ１５の処理が、物標認識部の機能が実行する処理に相当する。

続いて、生成した物標情報を用いて、車両後方の物標と車両とが衝突する可能性があるか否か判定する。例えば、相対速度と距離とから衝突余裕時間ＴＴＣを算出し、衝突余裕時間ＴＴＣが閾値時間よりも短い場合に、衝突する可能性がありと判定する。衝突する可能性がないと判定した場合、すなわちステップＳ１６で否定判定した場合は、ステップＳ１７において、警報出力の指令を警報装置５０へ送信することなく、本処理を終了する。

一方、衝突する可能性があると判定した場合、すなわちステップＳ１６で肯定判定した場合は、ステップＳ１８において、スリップ判定処理を行う。スリップ判定処理の詳細は後述する。続いて、ステップＳ１９において、スリップ判定がオンか否か、すなわち車両がスリップしていると判定したか否かを判定する。

スリップ判定がオンの場合、すなわちステップＳ１９で肯定判定した場合は、算出した車速Ｖｎ_ａが、実際の車速Ｖｎよりも高い速度となっている。そのため、車両後方で停止している物標が、車両に近づいていると誤認識したり、車両後方から車両に向かって移動している物標が、実際よりも速い速度で移動していると誤認識したりするおそれがある。よって、この場合、ステップＳ２０において、警報出力の指令を警報装置５０へ送信することなく、本処理を終了する。一方、スリップ判定がオフの場合、すなわちステップＳ１９で否定判定した場合は、ステップＳ２１において、警報を出力させる指令を警報装置５０へ送信して、本処理を終了する。本実施形態では、ステップＳ１７、ステップＳ２０及びＳ２１の処理が、回避制御部の機能が実行する処理に相当する。

＜スリップ判定処理＞
次に、処理装置３０が実行するスリップ判定処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ１８１では、車速が車速Ｖｎ_ａのときに、路面からの反射波によって生じる周波数成分である周波数ビンＦ_ｒを推定する。上述したように、路面からの反射波が戻ってくる戻り角度αが予め決まっているので、車速Ｖｎ_ａを路面のドップラー速度Ｖｄに変換することができる。そして、変換したドップラー速度Ｖｄから、ビート信号Ｂの周波数スペクトルにおいて、ピークとなる周波数ビンＦ_ｒを推定することができる。

ＦＦＴのポイント数をＮとすると、周波数ビンＦ_ｒと、車速Ｖｎ_ａとの間には、Ｆ_ｒ＝Ｎ／２−Ｃｏ×Ｖｎ_ａの関係が成立する。ここで、Ｃｏは、車速Ｖｎ_ａを周波数ビンに変換する係数であり、ビート信号Ｂのサンプリング周波数、ビート信号Ｂのサンプリング数、ＦＦＴ波形にかけるフィルタ形状等によって変化する値である。

なお、周波数ビンＮ／２は、相対速度ゼロを表し、周波数ビン０〜Ｎ／２は、負の相対速度、すなわち車両から遠ざかる物標の相対速度を表す。また、周波数ビンＮ／２〜Ｎは、正の相対速度、すなわち車両に近づく物体の相対速度を表す。本実施形態では、ステップＳ１８１の処理が、ピーク推定部の機能が実行する処理に相当する。

続いて、ステップＳ１８２では、合成周波数スペクトルＳｐｂにおいて、推定した周波数ビンＦ_ｒでのスペクトル電力Ｅ_ｒが、閾値Ａ未満か否か判定する。すなわち、合成周波数スペクトルＳｐｂにおいて、周波数ビンＦ_ｒでのピークＰｋが存在するか否か判定する。合成周波数スペクトルＳｐｂ上では、ピークＰｋは、実際の車速Ｖｎと対応した実際の路面のドップラー速度Ｖｄを表す周波数ビンに現れる。このため、車速Ｖｎ_ａが実際の車速Ｖｎと一致する場合には、図５に示すように、周波数ビンＦ_ｒでのピークＰｋが存在する。一方、車速Ｖｎ_ａが実際の車速Ｖｎと異なる場合には、図６に示すように、周波数ビンＦ_ｒでのピークＰｋが存在しない。本実施形態では、ステップＳ１８２の処理が、ピーク判定部の機能が実行する処理に相当する。

スペクトル電力Ｅ_ｒが閾値Ａ未満の場合、すなわちステップＳ１８２で肯定判定した場合は、ステップＳ１８３において、スリップ判定をオンにして、スリップ判定処理を終了し、衝突回避処理へ戻る。一方、スペクトル電力Ｅ_ｒが閾値Ａ以上の場合、すなわちステップＳ１８２で否定判定した場合は、ステップＳ１８４において、スリップ判定をオフにして、スリップ判定処理を終了し、衝突回避処理へ戻る。本実施形態では、ステップＳ１８３の処理が、スリップ判定部の機能が実行する処理に相当する。

なお、予め設定した戻り角度αを用いれば、路面からの反射波によって生じるピーク周波数成分から、車速を算出することもできる。しかしながら、ビート信号Ｂにノイズが混入すると、周波数スペクトルのピークがノイズに埋もれて検出が困難になる。よって、ここでは、車速Ｖｎとして、車輪速センサ４０の検出値から算出した車速Ｖｎ_ａを用いている。

＜効果＞
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）車両がスリップしていない場合、車速Ｖｎ_ａから推定した周波数ビンＦ_ｒと、算出された合成周波数スペクトルＳｐｂにおいてピークＰｋとなる周波数ビンとは一致するが、車両がスリップしている場合、上記二つの周波数ビンは一致しない。よって、推定された周波数ビンＦ_ｒにおけるピークの存在の有無によって、車両がスリップしているか否かを判定することができる。

（２）ミリ波レーダ１００の取付位置に応じて、予め戻り角度αが設定されている。よって、予め設定された戻り角度αを用いて、車速Ｖｎ_ａを路面の相対速度であるドップラー速度Ｖｄに変換することができる。ひいては、ドップラー速度Ｖｄから、周波数スペクトルにおいてピークＰｋを生じる周波数ビンＦ_ｒを推定することができる。

（３）周波数スペクトルのピークスペクトル電力は、ピーク部分以外のスペクトル電力と比べて十分に高くなる。よって、推定された周波数ビンＦ_ｒでのスペクトル電圧Ｅ_ｒが閾値Ａよりも低いか否かによって、車両がスリップしているか否かを判定することができる。

（４）車両がスリップしていると判定された場合には、認識された物標との衝突の可能性を知らせる警報の出力が中止される。そのため、誤った警報出力の実行を抑制することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、スペクトル電力Ｅ_ｒが閾値Ａ未満か否かでピークＰｋが存在するか否かを判定したが、ピーク判定の方法はこれに限定されるものではない。例えば、周波数スペクトルの周波数ビンに対するスペクトル電力の傾き、すなわちスペクトル電力の変化量からピークＰｋが存在するか否かを判定してもよい。

（ｂ）車両がスリップをしていると判定された場合に、車速Ｖｎ_ａの代わりに、合成周波数スペクトルＳｐｂから車速算出し、算出した車速を用いて物標情報を補正してもよい。そして、補正した物標情報を用いて衝突する可能性があるか否かを判定し、衝突する可能性があると判定した場合には、警報を出力するようにしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、合成周波数スペクトルＳｐｂから相対速度及び方位を算出するとともに、合成周波数スペクトルＳｐｂにおける周波数ビンＦ_ｒを推定したが、これに限定されるものではない。合成周波数スペクトルＳｐｂの代わりに、いずれかの周波数スペクトルＳｐａや、各周波数スペクトルＳｐａの平均スペクトルを用いてもよい。

（ｄ）処理装置３０は、車両回避制御として、警報出力をする代わり、または、警報出力とともに、操舵制御や、ブレーキ制御、エンジン制御等の車両制御を実行してもよい。この場合、処理装置３０は、物標情報から算出した制御量を、ＣＡＮを介して、操舵ＥＣＵやブレーキＥＣＵ、エンジンＥＣＵ等の各種ＥＣＵへ送信する。

（ｅ）計測装置はミリ波レーダに限らず、超音波レーダでもよい。計測装置として超音波レーダを用いた場合は、計測波は超音波となる。計測装置としては、受信波から取得した信号のピーク周波数成分が、反射点の相対速度に対応する装置であればよい。

（ｆ）処理装置３０は、車両から持ち運び可能な装置として構成してもよい。
（ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（ｈ）上述した車載装置の他、当該車載装置を構成要素とするシステム、当該車載装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、スリップ判定方法など種々の形態で本発明を実現することもできる。

３０…処理装置、４０…車輪速センサ、１００…ミリ波レーダ。

Claims (4)

1. 計測波を送信して反射点で反射された計測波を受信する計測装置（１００）を備えた車両に搭載され、送受信波から生成されたビート信号のピーク周波数成分を取得して、前記車両に対する前記反射点の相対速度を検出する車載装置（３０）であって、
   車輪速センサ（４０）の検出値から前記車両の車速情報を取得する車速取得部（Ｓ１０，Ｓ１１）と、
   前記計測装置により路面へ向けて送信された送信波と、前記送信波が前記路面で反射されて前記計測装置により受信された受信波とから生成されたビート信号を周波数解析して、周波数スペクトルを算出する解析部（Ｓ１２〜Ｓ１４）と、
   前記車速取得部により取得された前記車速情報を用いて、前記路面からの反射波に対応した前記ビート信号の周波数スペクトルにおいてピークとなる周波数ビンを推定するピーク推定部（Ｓ１８１）と、
   前記解析部により算出された前記ビート信号の周波数スペクトルにおいて、前記ピーク推定部により推定された周波数ビンでのピークが存在するか否か判定するピーク判定部（Ｓ１８２）と、
   前記ピーク判定部により前記周波数ビンでのピークが存在しないと判定された場合に、前記車両がスリップしていると判定するスリップ判定部（Ｓ１８３）と、を備える車載装置。
2. 前記ピーク推定部は、前記計測装置の取付位置に応じて予め設定された角度を用いて、前記車速取得部により取得された前記車速情報を前記車両に対する前記路面の相対速度に変換し、変換した前記路面の相対速度に対応する前記周波数ビンを、前記ピークとなる周波数ビンとして推定する、請求項１に記載の車載装置。
3. 前記ピーク判定部は、前記ピーク推定部により推定された周波数ビンでのスペクトル電力が閾値よりも低い場合に、前記ピークが存在しないと判定する、請求項１又は２に記載の車載装置。
4. 前記車速情報と前記解析部により算出された前記周波数スペクトルとを用いて、前記車両の周辺に存在する物標を認識する物標認識部（Ｓ１５）と、
   前記物標認識部により認識された物標と前記車両とが衝突する可能性があると判定された場合に、前記物標との衝突を回避するように衝突回避制御を実行する回避制御部（Ｓ２０，Ｓ２１）と、を備え、
   前記回避制御部は、前記スリップ判定部によりスリップしていると判定された場合に、前記物標認識部により認識された物標に対して、前記衝突回避制御の実行を中止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車載装置。

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