JP6967157B2 - 横方向移動の妥当性をチェックするための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックする方法、および対応する装置に関する。本発明は、特に、このような装置を備えた運転者支援システムに関する。

現代の運転者支援システムは、車両の周辺を監視するためのレーダーセンサを有する。ビデオカメラとは対照的に、レーダーセンサは、ドップラー効果を使用して物体の相対速度を直接に測定することができる。物体検出のための例示的な方法は、ドイツ特許出願公開第１９９４９４０９号明細書から知られている。

特に、いわゆるＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave：周波数変調連続波）方式が普及している。この場合、周期的に変調された周波数を有するレーダー信号を発信し、物体で反射されたレーダー信号を受信し、評価する。相対速度に加えて、ＦＭＣＷ法式は、発信したレーダー信号と受信したレーダー信号との間の周波数間隔の値に基づいて、物体との距離を決定することを可能にする。

物体角度、すなわち、レーダー装置の主放射方向に対する物体の方位角の測定は、レーダーセンサではビデオカメラほど正確には行えない。この正確さは、特にレーダーセンサの開口、特に受信アンテナのアレイの幅に依存する。さらに、ＦＭＣＷ方式ではドップラースペクトルにおいて分析する領域が他の物体によってより妨害されるので、ＣＷ方式よりも不正確さが大きい。したがって、特に横方向移動の検出、すなわち、レーダー装置もしくは車両の移動方向に直角の物体の移動は、正確に推定するのが容易でないことが多い。

本発明は、請求項１の特徴を有する物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックする方法と、請求項７の特徴を有する物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックする装置とを提供する。

したがって、第１の態様によれば、本発明は、物体の最初もしくは初期に分かっている横方向移動の妥当性をチェックする方法に関する。このために、レーダー装置によって、一定の信号周波数を有するレーダー信号を発信し、一定の信号周波数を有するレーダー信号の反射を受信する。物体の横方向移動は、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号のスペクトル内の周波数範囲を分析することによってその妥当性をチェックし、この場合、周波数範囲は物体の横方向移動に対応する。

したがって、第２の態様によれば、本発明は、物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックするための装置に関する。この装置は、一定の信号周波数を有するレーダー信号を発信し、一定の信号周波数を有するレーダー信号の反射を受信するレーダー装置を含む。計算装置は、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号のスペクトルにおいて横方向移動に対応する周波数範囲を分析することによって、物体の横方向移動の妥当性をチェックするように構成している。

好ましい実施形態は、それぞれの従属請求項の対象である。

発明の利点
発信するレーダー信号は、一定の信号周波数を有する送信シーケンスを表し、この送信シーケンスは、好ましくは、ＦＭＣＷ変調レーダー信号の個々のランプの持続時間を明らかに超える持続時間を特徴とする。したがって、一定の信号周波数を有するレーダー信号を使用することにより、ＦＭＣＷ変調レーダー信号によって可能な速度分解能よりも著しく高い速度分解能を達成することができる。例えば、一定の信号周波数を有するレーダー信号は、約０．１ｍ／ｓのレンジの分解能に対応する２０ミリ秒の持続時間を有することができる。

より高い速度分解能に加えて、角度分解能も一般にはより一層正確である。これにより、別の方法で検出された物体の最初に分かっている横方向移動、例えば、ビデオデータなどのセンサデータに基づいて、または特に好ましくはＦＭＣＷ変調レーダー信号に基づいて決定された物体の横方向移動の妥当性をチェックすることができる。特に、衝突の危険性をもたらす危機的な横方向移動の妥当性をチェックすることができる。

「妥当性をチェックする」とは、本発明の意味では、検出した物体の存在を検証するまたはその存在が誤りであると証明することであると理解することができる。特に、存在確率を計算することができる。さらに妥当性をチェックすることは、物体の正確な移動を検査することであると理解することもできる。このために、衝突確率を定量化することができる、物体移動の重大度を計算することができる。

方法の好ましい発展形態によれば、物体に対応するドップラーシフトが周波数範囲内で確認された場合、物体の横方向移動の妥当性をチェックする。

方法の好ましいさらなる実施形態によれば、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号のスペクトルに基づいて物体の相対速度および／または方位角を計算する。物体の横方向移動の妥当性をチェックすることは、レーダー信号に基づいて計算した相対速度および／またはレーダー信号に基づいて計算した方位角と、計算した横方向移動との比較を含む。さらに、一定の信号周波数を有するレーダー信号の周波数スペクトルにおけるドップラーシフトを確定することができる場合には、物体とレーダー装置もしくはレーダー装置を有する車両との間でＦＭＣＷ変調レーダー信号を使用して決定された相対速度に対応する横方向移動の妥当性をチェックすることができる。この実施形態によれば、横方向移動は、特に、物体の横方向速度および／または相対速度を含むことができる。横断する物体は、典型的には、常に、レーダー装置の方向に、ドップラーシフトをもたらす半径方向成分を有する。このドップラーシフトを決定することによって、本装置は横方向に移動する物体の存在を確認することができる。

本方法の好ましいさらなる構成によれば、物体の最初に分かっている横方向移動を、レーダー信号に基づいて計算した横方向移動を使用して補正する。一定の信号周波数を有するレーダー信号に基づいて計算した横方向速度は、一般により正確なので、最初に分かっている横方向移動を検査もしくはその妥当性をチェックし、より正確に決定することもできる。特に装置もしくは車両と物体との間の相対速度を、ドップラーシフトに基づいて計算し、補正することができる。

本方法のさらなる構成によれば、物体の横方向移動は物体の横方向速度を含む。さらに横方向移動は、レーダー装置を有する車両の車線と物体との側方間隔を含むことができる。横方向速度および側方間隔は主に衝突の確率に影響を及ぼすので特に重要である。これらの変数は、ドップラースペクトルに基づいて決定することができ、この場合にさらなる情報を考慮に入れることができる。特に、最初に分かっている横方向移動の半径方向距離を考慮に入れることができる。

本方法の好ましいさらなる構成によれば、車両の車線または車両の軌道に対する物体の側方間隔を、反射されたレーダー信号のスペクトルに基づいて計算する。物体の横方向移動の妥当性をチェックすることは、レーダー信号に基づいて計算した側方間隔と、計算した物体の横方向移動との比較を含む。特に、横方向移動はセンサデータに基づいて計算することができ、さらにこのセンサデータに基づいて側方間隔を推定し、この側方間隔は、レーダーデータに基づいて計算した側方間隔と比較する。側方間隔は、車線もしくは車両の軌道に直角に測定した物体との間隔として理解されるべきである。物体が車線に近いほど衝突の確率は高くなる。側方間隔を正確に知ることによって、このような状況を早い段階で認識することができ、これにより安全性を高めることができる。このように、権限のない緊急ブレーキを回避するために、重要な状況と重要でない状況とをより確実に区別することができる。したがって、この実施形態によれば、横方向移動は、特に側方間隔を含む。

本方法の好ましいさらなる構成によれば、反射されたレーダー信号のスペクトルに基づいて物体の物体角度を決定する。側方間隔は、計算した物体の物体角度と、センサデータに基づいて計算した物体の間隔とを用いて計算する。上述したように、一定の信号周波数を有するレーダー信号の角度分解能は非常に高いので、物体角度、ひいては側方間隔を高精度に計算することができる。

本方法の好ましいさらなる構成によれば、横方向移動を計算するためのセンサデータは、ＦＭＣＷレーダーデータを含む。さらなる実施形態によれば、このセンサデータは、ビデオカメラ、赤外線センサもしくはライダーセンサ、またはこれらのセンサの任意の組み合わせによって生成することができる。

本発明の第１の実施形態による、物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックするための装置を示す概略的なブロック図である。 本発明の第２の実施形態による、物体の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックするための装置を示す概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態による装置を有する車両および物体を示す概略平面図である。 本発明の第１の実施形態による、横方向移動の妥当性をチェックするための方法のフロー図である。 本発明の第２の実施形態による、横方向移動の妥当性をチェックするための方法のフロー図である。

全ての図において、同じかもしくは機能的に同じ要素および装置には同じ参照符号を付してある。

図１は、本発明の第１の実施形態による、車両の周囲における物体の横方向移動の妥当性をチェックするための装置１ａのブロック図を示す。この横方向移動は、例えばセンサデータを用いて計算しており、最初に分かっている。物体は、例えば、サイクリスト、歩行者、または別の車両であってもよい。装置１ａは、ドライバーアシストシステムとして構成してもよいし、または自動車のドライバーアシストシステムの一部としてもよい。装置１ａは、無線でまたはケーブル接続を介して車両のセンサからセンサデータを受信するように構成したインタフェース４を含む。センサデータは、車両周辺の物体の横方向移動に関する情報を含み、これらの情報は、特に、物体の横方向速度、そしてオプションとして車両の車線からの物体の側方間隔をさらに含む。インタフェース４を介して受信したこのデータは、装置１ａの計算装置３に伝送される。

さらに装置１ａはレーダー装置２を備え、このレーダー装置は車両に配置していて、レーダー信号を送受信する。このためにレーダー装置２は、一定の信号周波数を有するレーダー信号もしくは信号シーケンスを発信する。個々の信号シーケンスの持続時間は、好ましくは少なくとも１０ミリ秒、特に好ましくは少なくとも２０ミリ秒である。レーダー装置２は、一定の信号周波数によりレーダー信号の反射を受信し、レーダーデータを生成し、このレーダーデータも同様に計算装置３に伝送される。

計算装置３は、インタフェース４およびレーダー装置２から受信したデータを評価するように設計した少なくとも１つのマイクロプロセッサを備える。計算装置３は、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号の周波数スペクトルをレーダーデータから生成する。さらに、計算装置３は、センサデータに基づいて計算した物体の相対速度が、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号の周波数スペクトルにおいても検出されるかどうかを検査する。したがって、計算装置３は、対応する周波数範囲内で振幅が所定のしきい値を超えているかをチェックする。超えている場合には、計算装置３は、相応のドップラーシフトがレーダー信号内に生じていることを検出する。これにより、計算した横方向速度の妥当性をチェックすることができる。特に、実際の物理的横移動の存在を、反射点の移動と区別することができる。オプションとして、計算装置３は振幅の大きさに応じて、横方向速度をどの程度まで妥当性チェックすることができるか、またはできないかについて妥当性変数を指定することもできる。上記の振幅が大きければ大きいほど、センサデータに基づいて計算した半径方向または横方向の速度を有する物体が実際に車両の周辺に存在する確率が高くなる。なぜならば、一定の信号周波数を有するレーダー信号に基づいて付加的な検査が成功したからである。これにしたがって妥当性変数を増大させる。逆に、対応する周波数範囲にピークが見られない場合には、妥当性変数を減少させることができる。

計算装置３は、センサデータに基づいて計算した横方向速度を補正するように構成することもできる。例えば、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号の周波数スペクトルに、センサデータに基づいて計算した半径方向または横方向速度に近い値でピークが存在し、ピークの振幅が所定のしきい値を超える場合には、制御装置３は横方向速度の推定値をこの方向に補正することができる。

オプションとして、計算装置３は、車線に対する物体の側方間隔をレーダーデータから抽出するようにさらに構成することもできる。このために、レーダー装置２は、例えば、複数のレーダーセンサまたは複数の送受信アンテナを有する１つのレーダーセンサを有することができ、一定の信号周波数を有する受信したレーダー信号の位相差により、物体の対応する物体角度を決定することができる。それらレーダーセンサが同じ向きを有する場合、共通の主ビーム軸に対してその物体角度が決定される。次いで計算装置３は、レーダーデータから抽出したこの物体角度と、センサデータに基づいて測定した物体角度とを比較する。計算装置３は、センサデータに基づいて測定した物体角度の妥当性をチェックする、すなわち、センサデータに基づいて測定された物体角度が、レーダーデータに基づいて抽出した物体角度と一致するかどうかを検査するように構成している。この比較に応じて、対応する妥当性変数を適合させることができる。

いくつかの実施形態によれば、この角度分析は、相対速度が低すぎず、したがって、対応するドップラー周波数が非常に小さくて、検出が困難である場合にのみ行うことができる。特に、この場合、停止している物体とのオーバーレイが生じることがある。センサデータを用いて計算した角度範囲に基づいて、検査すべき角度範囲をさらに制限することができる。分析すべき周波数間隔の位置およびサイズは、より一般的には、決定した横方向移動の移動速度および移動方向に適合させる。絶対物体速度が大きく、移動方向が正確に直角の移動方向に近いほど、分析する周波数範囲は大きくなる。遮蔽効果も、好ましくは、妥当性変数の計算に含めることができる。予測したドップラー周波数の周辺で分析すべき周波数間隔が他の物体によって妨害されればされるほど、適合するドップラー周波数を見つけることができなかった場合には一定の信号周波数を有するレーダー信号に基づき横断する物体の存在確率をより小さく低下させる。好ましくは、このために、推定したレーダー断面積と物体の間隔とから計算する予想受信電力と、測定した干渉電力との間の比を考慮する。

さらに装置１ａは、物体の妥当性をチェックした横方向移動に基づいて車両の運転機能を制御する制御装置５を備える。センサデータに基づいて評価した物体の横方向移動を確認した場合、すなわち、一定の信号周波数を有する反射レーダー信号の周波数スペクトルにおいても再び見つかった場合、制御装置５は、必要に応じて、衝突を回避するための対策を開始することができる。衝突領域および衝突時点は、例えば、その横方向移動に基づいて決定することができる。制御装置５は、車両を適宜に操舵または制動することができる。特に、制御装置５は緊急ブレーキをかけることができる。しかしながら、制御装置５は、車両の運転者に警告信号を出力するように構成してもよい。

センサデータに基づいて計算した横方向移動の妥当性をチェックできない場合、そのような車両の制御を必ずしも阻止する必要はない。センサデータに基づく物体追跡が既に非常に高い信頼性を有する場合には、一定の信号周波数を有するレーダー信号による確認がないにもかかわらず、緊急ブレーキをかけることができる。このような状況は、特に、物体が他の物体によって覆われている場合に生じることがある。

図２は、第２の実施形態による装置１ｂのブロック線図を示す。この装置は、センサデータをレーダー装置２自体によって生成することが、図１に示す装置１ａとは異なっている。この実施形態によれば、レーダー装置２は、時間的にずらしてＦＭＣＷ変調レーダー信号を生成し、反射されたＦＭＣＷ変調レーダー信号を受信し、対応するセンサデータを出力する。計算装置３は、このセンサデータに基づいて、車両の周辺における物体の横方向移動を計算するように、すなわち、特に、物体の横方向速度、そして好ましくは付加的に側方間隔を決定するように構成している。

計算装置３は、センサデータから計算した物体の横方向移動の変数の妥当性をチェックするようにさらに構成している。このために、レーダー装置２は、ＦＭＣＷ変調レーダー信号に対して時間的にずらして、一定の信号周波数を有するレーダー信号を発信し、一定の信号周波数を有する受信した反射レーダー信号に基づいてレーダーデータを生成する。上述したように、計算装置３は、周波数スペクトル内に対応する相対速度が生じているかを検査する。生じている場合には、計算装置３は、付加的に側方間隔を抽出し、比較することができる。

装置１ａの残りの構造は第１の実施形態に対応しており、したがって、繰り返し説明することはしない。

図３は、例示的なシナリオを示す。車両６は、上述の装置１ａ、１ｂのうちの１つを有する。特に、レーダー装置２が車両６の前部に配置されている。車両６は、自身の軌道９に沿って自身の速度ｖ＿ｅｇｏで移動する。センサデータに基づいて物体７を、物体角度φで検出し、この物体角度φは、その走行方向に対してもしくはレーダー装置２の主放射方向に対して測定される物体７は、物体軌道８に沿って、車両自身の軌道９との交点１１に向かって物体速度ｖ＿ｏｂｊで移動する。物体７の横方向速度は、走行方向または車線に直角の速度成分に対応する。物体７は、車両６の方向に半径方向速度ｖ＿ｒａｄを有し、この半径方向速度は、レーダー装置２と物体７との間の接続線１０への物体速度ｖ＿ｏｂｊの投影に対応する。物体７の相対速度はまた車両６の速度に依存する。物体７は、車線境界１２との側方間隔ｄと、車両自身の軌道６との軌道間隔Ｄとを有する。上述したように、車両６の装置１ａ、１ｂは、センサデータに基づいて計算した横方向移動の妥当性をチェックするように構成している。このために、装置１ａ、１ｂは、一方では、一定の信号周波数を有するレーダー信号に基づいて物体７の存在を確認することができるかどうか、また必要に応じて横方向移動を補正することができるかどうかを検査する。特に、物体７の横方向速度および／または側方間隔を検査し、補正することができる。

図４は、本発明の一実施形態による方法のフロー図を示す。この場合、方法ステップＳ１１において、センサデータを生成し、車両６の周辺の物体７の横方向移動を計算する。センサデータは、好ましくは、ＦＭＣＷ変調レーダー信号によって生成する。

方法ステップＳ１２では、計算した横方向移動に基づいて、車両６と物体７との間の衝突が起きそうかを検査する。その計算した確率が所定のしきい値を超える場合には、危機的な横方向移動であると認識する。方法ステップＳ１３において、一定の信号周波数を有する送信し受信したレーダー信号のドップラースペクトルの分析を行う。超えていない場合には、次の測定サイクルで分析を行う（Ｓ１１）。

ドップラースペクトルのこの分析は、横方向移動の妥当性をチェックすることを含む。この妥当性チェックに基づいて、ステップＳ１４で物体の存在確率を決定し、ステップＳ１５において、例えば、音響的、視覚的または光学的警告信号の出力、ブレーキ圧による警告、回避的操縦または緊急ブレーキなどの対策を開始する。

一実施形態によれば、対応するドップラー周波数が見つかった場合にはすぐに、緊急ブレーキをかけることもできる。

図５は、本発明の第２の実施形態による、センサデータによって計算した車両６の周辺の物体７の横方向移動の妥当性をチェックする方法のフロー図を示す。

方法ステップＳ２１では、センサデータに基づいて、物体の横方向移動を上述のように決定する。

方法ステップＳ２２では、センサデータに基づいて、横方向移動が危機的な横方向移動であるかを検査する。危機的な横方向移動であるかどうかに関するしきい値は、好ましくは、図４に示した方法のステップＳ１２よりも小さくなるように選択することができる。これにより、わずかに危機的な横方向移動も検査することができる。

このような横方向移動は、上述のように方法ステップＳ２３において、一定の信号周波数を有するレーダー信号のドップラースペクトルを分析することによって、その妥当性をチェックする。

方法ステップＳ２４では、一定の信号周波数を有するレーダー信号が横方向移動を確認するか検査する。横方向移動を確認した場合には、方法ステップＳ２５において、必要に応じて物体の移動を補正する。横方向移動を確認しなかった場合には、ステップＳ２６において、物体の存在確率または衝突の確率を低下させる。方法ステップＳ２７では、存在確率が十分に高いかをチェックする。十分に高くない場合、上記プロセスを再び実施する。そうでない場合には、方法ステップＳ２５に続いて、方法ステップＳ２８において、移動が十分に危機的であるかどうか、すなわち衝突が起きそうかを検査する。起きそうでない場合には、本方法を繰り返し、さもなければ、上述の対策の１つを開始する（Ｓ２９）。

Claims (5)

1. 物体（７）の最初に分かっている横方向移動の妥当性をチェックする方法であって、
   レーダー装置（２）によって、一定の信号周波数を有するレーダー信号を発信し、一定の信号周波数を有するレーダー信号の反射を受信し、
   一定の信号周波数を有する反射レーダー信号のスペクトル内で、最初に分かっている横方向移動に対応する周波数範囲を分析することによって物体（７）の横方向移動の妥当性をチェックする、
   方法において、
   最初に分かっている横方向移動をＦＭＣＷレーダーデータに基づいて計算する、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   反射レーダー信号のスペクトルに基づいて前記物体（７）の相対速度および／または方位角を計算し、物体（７）の横方向移動の妥当性をチェックすることが、レーダー信号に基づいて計算した相対速度および／または方位角と、計算した横方向移動との比較を含む、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記物体（７）の最初に分かっている横方向移動を、レーダー信号に基づいて計算した相対速度および／またはレーダー信号に基づいて計算した方位角を使用して補正する、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法において、
   横方向移動が前記物体（７）の横方向速度を含む、方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法において、
   前記レーダー装置（２）を車両（６）に配置し、前記横方向移動が、前記車両（６）の車線に対する前記物体（７）との側方間隔を含む、方法。

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