JP7150165B2 - 物体検知システムおよび物体検知方法 - Google Patents

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Description

本願は、物体検知システムおよび物体検知方法に関するものである。
従来、物体検知装置の一つであるレーダ装置においては、性能低下を判定するのに、例えば特許文献1に開示されているように、走行中に検知した対象物からの反射波を受信する際、その受信信号の信号レベルの変化から、レーダ装置の経年変化、温度変化、あるいは付着汚れ等に起因する性能低下を検出し、これらの判断をレーダ装置単体で自身の性能低下を判断していた。
特開2003-30798号公報
前記特許文献1に開示された物体検知装置のように、装置単体で自身の性能低下を判断する方法では、性能低下と判断するための閾値を予め知っておく必要がある。そして、閾値との差で性能低下を判断する際に、その閾値の設定によってはそれが汚れによるものなのか、それとも、例えば山道あるいは雪道など道路状況によるものなのか判断が困難であった。
本願は、前記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、複数の物体検知装置を用いて閾値の妥当性によらず簡易に性能低下を判断できる物体検知システムおよび物体検知方法を提供することを目的とする。
本願に開示される物体検知システムは、送信波を送信する送信系と前記送信波の反射波を受信する受信系とを備えた複数の物体検知装置と、前記複数の物体検知装置からの検出情報を入力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記複数の物体検知装置のそれぞれが周辺にある異なる物体を一定間隔で検知することにより得られる前記反射波の受信強度の代表値を算出する代表値算出部と、算出された前記代表値により、前記複数の物体検知装置の性能低下を判定する性能低下判定部と、を備えたことを特徴とする。

本願に開示される物体検知システムによれば、複数の物体検知装置で得たデータ間を比較するため、閾値の妥当性の影響を受けにくく、簡易に性能低下の判断が行える効果を有する。
実施の形態1に係る物体検知システムを搭載した車両を示す平面図である。 実施の形態1に係る物体検知システムを構成する制御装置のハードウエアの一例を示す図である。 実施の形態1に係る物体検知システムの機能ブロック図である。 実施の形態1に係る物体検知システムの性能低下判定動作を示すフローチャートである。 実施の形態2に係る物体検知システムの性能低下判定動作を示すフローチャートである。
以下、本願に係る物体検知システムおよび物体検知方法の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、ここでは物体検知システムを車両に搭載した実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る物体検知システムを搭載した車両を示す平面図である。図1において、車両10には第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15の5個の物体検知装置が搭載されており、それぞれの物体検知装置は、送信波を送信する送信系と物体で反射して戻ってくる反射波を受信する受信系とを備えている。また、車両10には、第1物体検知装置11から第5物体検知装置15の5個の物体検知装置の検出情報が入力される制御装置16が搭載されている。なお、物体検知装置は5個に限定されるものではなく、複数搭載されていれば良い。
制御装置16は、後述するように代表値算出部と性能低下判定部を含み、図2にハードウエアの一例を示すように、プロセッサPと記憶装置Mから構成されている。記憶装置Mは図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサPは、記憶装置Mから入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサPにプログラムが入力される。また、プロセッサPは、演算結果等のデータを記憶装置Mの揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
図3は、実施の形態1に係る物体検知システムの機能ブロック図である。制御装置16は、前述のように、ハードウエアの一例を図2に示すように構成されており、図3に示すように演算部17、記憶部18、通信機能部19、およびそれらを接続するバス20を備えている。記憶部18は、RAM(Random Access Memory)あるいはROM(Read Only Memory)で構成され、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15のそれぞれから、一定間隔で任意の周辺物体群を検知することにより得られる受信強度の代表値を算出する代表値算出部18aと、性能低下を起こしている物体検知装置を判定する性能低下判定部18bを含んで構成されている。
通信機能部19には、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15が、信号線11a、12a、13a、14a、15aを介して接続されると共に、ヨーレートセンサ21、走行速度センサ22、および車両制御部23が信号線21a、22a、23aを介してそれぞれ接続されている。第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15、ヨーレートセンサ21、走行速度センサ22からは通信機能部19にそれぞれの検出情報が入力され、車両制御部23には通信機能部19から駆動制御信号が出力される。
第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15は、ここではミリ波レーダを想定しており、ミリ波を射出し、対象物で反射した反射波を受信することにより対象物の位置および距離を検出するが、ミリ波レーダ以外でも対象物を検出できるセンサであればよく、LIDAR(Light Detection And Ranging)あるいは超音波センサなどでもよい。
ヨーレートセンサ21は車両の回転速度を検出するセンサであり、別の手段として、ハンドル角センサなどで代用してもよい。また、走行速度センサ22は自車両の走行速度を検出するセンサであり、例えば車輪の回転速度を検出するセンサである。なお、図3には示されていないが、制御装置16は、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15のそれぞれの対象物までの距離、相対速度および角度を組み合わせたり、単眼カメラ、ステレオカメラ、LIDER、あるいは超音波センサなど、ほかのセンシング結果と組み合わせる、いわゆるセンサフュージョン処理を実行する機能を持っていてもよい。
また、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15は、反射波の受信強度データを取得する。また、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15は、装置の性能(アンテナ利得、回路特性など)あるいは検知距離が異なる場合でも相対的に比較する場合には、後述する正規化手段で正規化したデータ、例えば受信強度データから換算して得られるレーダ反射断面積のデータを取得する。
更に、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15は、一定間隔で各物体検知装置で得たデータの代表値を算出し、その代表値を比較して他の物体検知装置に比べ小さい値となる物体検知装置が性能低下していると判断する。なお、一定間隔というのは、走行時間あるいは走行距離で設定されるが、自車両の走行速度の影響を受けない走行距離で設定するのがより安定したデータの取得が可能である。また、ここでの代表値は、例えば平均値、中央値、あるいは最頻値などを示している。
第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、第4物体検知装置14、第5物体検知装置15のそれぞれは、同じエリアを検知するように設置されているとは限らないので、各物体検知装置の検知する対象物は異なる。ただし、例えばある道路状況での一定間隔でデータを受信することにより、それらの代表値は各物体検知装置同士近い値になる。その理由は、走行道路状況が大きく変化しない区間では物体検知装置にて検知する対象物の種類に大きな違いは生まれない。対象物毎(車、バイク、人、路側物など)に受信強度データは異なるが、対象物の種類に大差がない場合は受信強度データにも大きな差は生まれないため、走行道路状況が大きく変化しない区間での一定間隔で受信したデータの平均値は同一の値となる。道路状況が大きく変化する場合というのは、例えばトンネルに入る前と入った後、山道から市街地入る前と入った後などである。
ここで、正規化について説明する。車載用物体検知システムに使用されているレーダは、全く同じ仕様、あるいは全く同じ取り付け高さであるとは限らない。このような場合には、レーダ間で受信強度を正規化手段で正規化し、レーダ間で同じ指標で比較できることが望ましい。例えば、レーダの受信強度は、距離の4乗に反比例することが知られている。ミリ波レーダでは、対象物までの距離を検出することが可能であるため、得られた受信強度に距離の4乗分の減衰を補正することで、距離による影響を抑えてレーダ間の受信強度を比較できる。
また、アンテナ利得も補正対象となる。物体検知装置において、アンテナは、所定の方向に指向性を持つ。この指向性の特性を予め取得しておき、物体検知装置で得られた測角値を用いて、アンテナ利得の分だけ受信強度を補正することにより、レーダ間のアンテナ利得の違いの影響抑えてレーダ間の受信強度を比較できる。
さらにまた、レーダを構成するハードウェア特性も補正対象となる。例えば、物体検知装置では、アンテナで受信した信号は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、あるいは増幅器などを通して、A/Dコンバータへ入力される場合がある。このような場合には、これらの回路部品が持つ特性を加味して、受信強度を補正することで、レーダ間のハードウェア特性の差の影響を抑えてレーダ間の受信強度を比較できる。
前記をふくめ、性能低下が起きていない状態でレーダ間に受信強度に差が生じる場合には、レーダ間での受信強度の差を予め取得しておき、その分だけ補正してからレーダ間の受信強度を比較するようにすれば、レーダ間の受信強度の差の影響を抑えてレーダ間の受信強度を比較できる。なお、受信強度の正規化は必ずしも必須ではない。例えば、正規化してもしなくてもレーダ間の受信強度の値に大きな違いが無く、所望のレーダ性能低下の判定ができる場合は必須ではない。また、すべての物体検知装置が同じ仕様のレーダ、取り付け条件である場合は必須ではない。
次に、前記構成による物体検知システムの動作について説明する。図4は、実施の形態1に係る物体検知システムの性能低下判定部18bの動作を示すフローチャートである。
図4においては、同様のレーダ特性を有する第1物体検知装置11と第2物体検知装置12の2個による検知システムにおける性能低下を判定する場合について説明する。
まず、走行中に第1物体検知装置11と第2物体検知装置12のそれぞれにより検出処理を行い、周辺物体の反射波の受信強度データを取得する(ステップS40)。
次に、ある一定時間間隔の第1物体検知装置11の受信強度データの平均値A(以下、単にAという。)と第2物体検知装置12の受信強度データの平均値B(以下、単にBという。)を算出する(ステップS41)。
次に、AとBにばらつきがないか判定し(ステップS42)、両者の平均値にばらつきがない場合は性能低下がないと判断して(ステップS43)処理を終了する。ステップS42で両者の平均値にばらつきがある場合は、AとBを比較し(ステップS44)、AがBよりも低い場合は第1物体検知装置11の性能が低下していると判断して(ステップS45)処理を終了する。
ステップS44において、AがBよりも低くないと判定された場合は、再度、AとBを比較し(ステップS46)、AがBよりも高い場合は、第2物体検知装置12の性能が低下していると判断して(ステップS47)処理を終了する。ステップS46において、AがBよりも高くない場合は、判定不可(ステップS48)としてステップS40に戻る。
前記以外の場合は性能低下の判断ができないので、再度、ある一定時間、第1物体検知装置11と第2物体検知装置12にて検出処理を行い、性能低下の判断を行う。また、性能低下の判定は、車両が停止状態の場合は各物体検出装置で検知する対象の偏りが大きくなりすぎる場合があって判定困難である。従って、車両の走行中に行うのが好ましい。
以上のように、実施の形態1に係る物体検知システムおよび物体検知方法によれば、複数の物体検知装置を用い、それぞれの装置で得られたデータを比較することで性能低下を判断するので、山道あるいは雪道といった性能低下と誤判断が多くなる状況においても、安定して性能低下の判断が行える。また、複数の物体検知装置で得たデータ間を比較するため、閾値の妥当性の影響を受けにくく、簡易に性能低下の判断が行える効果を有する。
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る物体検知システムおよび物体検知方法について説明する。
実施の形態2に係る物体検知システムの構成並びに機能については、実施の形態1と同様であるので説明を省略し、以降では実施の形態1の図面を参照して説明する。
図5は、実施の形態2に係る物体検知システムの性能低下判定動作を示すフローチャートである。なお、図5においては、異なるレーダ特性を有する第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、および第3物体検知装置13の3個による検知システムにおける性能低下を判定する場合について説明する。
まず、走行中に第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、および第3物体検知装置13のそれぞれにより検出処理を行い、周辺物体の反射波の受信強度データを取得する(ステップS50)。
次に、反射波の受信強度を正規化する(ステップS51)。ここではレーダ反射断面積推定手段によりレーダ反射断面積推定値を算出することにより、レーダ反射断面積に換算する。反射波の受信強度は対象物の距離、あるいはレーダ特性(アンテナ性能あるいはハードウェア特性)によって異なるものになるが、受信強度をレーダ反射断面積に換算することにより、距離あるいはレーダ特性を考慮することなく受信強度を評価することが可能であるからである。なお、前記ステップS51が正規化手段になる。
次に、ある一定走行距離間の第1物体検知装置11のレーダ反射断面積の平均値A(以下、単にAという。)、第2物体検知装置12のレーダ反射断面積の平均値B(以下、単にBという。)、および第3物体検知装置13のレーダ反射断面積の平均値C(以下、単にCという。)を算出する(ステップS52)。そして、A、B、Cを比較し(ステップS53)、A、B、Cが等しい場合は性能低下がないと判断して(ステップS54)処理を終了する。ステップS53でA、B、Cにばらつきがある場合は、AがBよりも低く、BとCが等しいかを判定する(ステップS55)。
ステップS55において、A<B=Cと判定された場合は、第1物体検知装置11の性能が低下していると判断して(ステップS56)処理を終了する。ステップS55において、A<B=Cでないと判定された場合は、BがAよりも低く、AとC等しいかを判定する(ステップS57)。ステップS57において、B<A=Cと判定された場合は、第2物体検知装置12の性能が低下していると判断して(ステップS58)処理を終了する。ステップS57において、B<A=Cでないと判定された場合は、AとBが等しく、BがCよりも高いと判定する(ステップS59)。
ステップS59において、A=B>Cと判定された場合は、第3物体検知装置13の性能が低下していると判断して(ステップS60)処理を終了する。ステップS59において、A=B>Cでないと判定された場合は、判定不可(ステップS61)としてステップS50に戻る。
前記以外の場合は性能低下の判断ができないので、再度、ある一定時間、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、および第3物体検知装置13にて検出処理を行い、性能低下の判断を行う。
以上のように、実施の形態2に係る物体検知システムおよび物体検知方法においても実施の形態1と同様の効果を有する。
実施の形態3.
次に、実施の形態3に係る物体検知システムおよび物体検知方法について説明する。
実施の形態3に係る物体検知システムの構成並びに機能については、実施の形態1と同様であるので説明を省略し、以降では実施の形態1の図面を参照して説明する。また、実施の形態3では、異なるレーダ特性を有する第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、および第4物体検知装置14の4個による検知システムにおける性能低下を判定する場合について説明する。
本実施の形態の場合は、第1物体検知装置11、第2物体検知装置12、第3物体検知装置13、および第4物体検知装置14のうち、比較する組み合わせは、車両の同一側面に設置された物体検知装置同士、即ち、第1物体検知装置11と第2物体検知装置12、および第4物体検知装置14と第5物体検知装置15とする。そして、第1物体検知装置11と第2物体検知装置12により、実施の形態1と同様のフローチャートに基づいて性能が低下している物体検知装置を検出する。
同様にして第4物体検知装置14と第5物体検知装置15により、実施の形態1と同様のフローチャートに基づいて性能が低下している物体検知装置を検出する。なお、車両が前進および後進している場合には、第1物体検知装置11と第2物体検知装置12がそれぞれ検知する対象物の違いが少なくなるため、性能低下が起きていない場合の一定期間のレーダ反射断面積の平均値がより近い値になる。第4物体検知装置14と第5物体検知装置15においても同様に、性能低下が起きていない場合の一定期間のレーダ反射断面積の平均値がより近い値になる。
その後、一定期間のレーダ反射断面積の平均値がより近い値になる物体検知装置同士を比較することで、より精度よく性能低下が起きているか否かの判断が可能となる。加えて、性能低下が起きていない場合の一定期間のレーダ反射断面積の平均値がより近い値になる物体検知装置同士を比較することで、早い段階で性能低下を判断するに値する状態になるため、性能低下判断にかかる時間を比較的短くすることができる。
前記各実施の形態においては、物体検知装置としてミリ波レーダを想定して説明したが、これに限られることなく、対象物を検出できるセンサであればよく、LIDARあるいは超音波センサなどでもよい。また、性能低下判定部18bは物体検知装置の内部にあっても、システム内にあってもよく、それぞれの物体検知装置の検出範囲は重複する部分があってもなくてもよい。更に、物体検知装置の設置位置および設置数は任意であり、比較する物体検知装置の組み合わせも任意である。
また、それぞれの物体検知装置の受信強度の大小の比較方法は、その差が予め定めておいた値に対し大きい場合は片方が性能低下と判断し、小さい場合はどちらも性能低下していないと判断する方法でもよく、あるいは設置されている物体検知装置全部の受信強度の全体平均値を算出し、全体平均値と各物体検知装置の受信強度を比較することで性能低下を判断する方法でもよい。
本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
10 車両、11 第1物体検知装置、11a 信号線、12 第2物体検知装置、12a 信号線、13 第3物体検知装置、13a 信号線、14 第4物体検知装置、14a 信号線、15 第5物体検知装置、15a 信号線、16 制御装置、17 演算部、18 記憶部、18a 代表値算出部、18b 性能低下判定部、19 通信機能部、20 バス、21 ヨーレートセンサ、22 走行速度センサ、23 車両制御部、P プロセッサ、M 記憶装置。

Claims (10)

  1. 送信波を送信する送信系と前記送信波の反射波を受信する受信系とを備えた複数の物体検知装置と、前記複数の物体検知装置からの検出情報を入力する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記複数の物体検知装置のそれぞれが周辺にある異なる物体を一定間隔で検知することにより得られる前記反射波の受信強度の代表値を算出する代表値算出部と、算出された前記代表値により、前記複数の物体検知装置の性能低下を判定する性能低下判定部と、を備えたことを特徴とする物体検知システム。
  2. 前記性能低下判定部は、前記代表値の大小を比較することにより性能低下を起こしている前記物体検知装置を特定することを特徴とする請求項1に記載の物体検知システム。
  3. 前記性能低下判定部は、前記受信強度を正規化してから比較する正規化手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の物体検知システム。
  4. 前記正規化手段は、距離による受信強度の変化を補正することを特徴とする請求項3に記載の物体検知システム。
  5. 前記正規化手段は、前記複数の物体検知装置のそれぞれのアンテナ利得による受信強度の変化を補正することを特徴とする請求項3または4に記載の物体検知システム。
  6. 前記正規化手段は、前記複数の物体検知装置のそれぞれのハードウェア特性による受信強度の変化を補正することを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の物体検知システム。
  7. 前記正規化手段は、レーダ反射断面積推定手段によりレーダ反射断面積推定値を算出するものであることを特徴とする請求項3から6の何れか一項に記載の物体検知システム。
  8. 前記受信強度の比較に用いる前記複数の物体検知装置のそれぞれの組み合わせは、車両の同一側面に設置された物体検知装置であることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の物体検知システム。
  9. 送信波を送信する送信系と前記送信波の反射波を受信する受信系とを備えた複数の物体検知装置のそれぞれが周辺にある異なる物体を一定間隔で検知し、
    前記物体を検知することにより得られる反射波の受信強度の代表値を算出し、
    算出された前記代表値により前記複数の物体検知装置のそれぞれの性能低下を判定することを特徴とする物体検知方法。
  10. 前記複数の物体検知装置を車両に搭載し、前記性能低下の判定を前記車両の走行中に実施することを特徴とする請求項9に記載の物体検知方法。
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