JPH10142332A - ミリ波レーダ搭載車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単に物体との距離や相対速度を探知するだけ
でなく、物体が有する又は物体に予め付与した各種情報
をも探知できるミリ波レーダ搭載車両を提供する。 【解決手段】 車両１に設置した送受信アンテナ２の送
信アンテナ２ａから送信波３ａを発射し、受信アンテナ
２ｂで物体４からの反射波３ｂを受信することにより物
体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖを探知するミリ波レーダ
５を搭載する車両１において、探知距離分解性能ΔＬを
可変とするミリ波レーダ５を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミリ波レーダ搭載
車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】ミリ波レーダは、天候や粉塵の影響を受
け難く、かつ短波長であるために送受信アンテナを小形
化でき、アンテナビーム幅θ（図２参照）を狭くでき、
かつドップラー効果による物体との相対速度を高精度に
探知できる等の利点がある。このため近時、高速道路上
での運転者の不注意や誤認による衝突事故防止のため、
高速走行車両にミリ波レーダを搭載する試みがある。即
ち、図２に示すように、車両１に設置した送受信アンテ
ナ２の送信アンテナ２ａから送信波３ａを発射し、受信
アンテナ２ｂで物体４からの反射波３ｂを受信すること
により車両１から物体４までの距離Ｌと、車両１と物体
４との相対速度Ｖとを探知するミリ波レーダ５を搭載し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで鉱山や採石場
等では、複数の無人車両に対するフリート運行の研究が
盛んである。この場合もミリ波レーダは、上記利点から
見てこれら車両に搭載することが有効と考えられる。と
ころが鉱山や採石場等で稼働するためのミリ波レーダ搭
載車両は、上記従来の高速道路を走行するミリ波レーダ
搭載車両と異なり、単なる衝突回避だけの対物探知（即
ち単なる物体探知）だけでなく、探知物体が有する例え
ば交通標識とその意味や他の車両とその姿勢等の交通情
報の意味付けも併せて探知できることが強く要請され
る。

【０００４】ところがミリ波レーダは、基本的には物体
との距離や相対速度を探知する１次元センサ（リニアセ
ンサ）であるため、このような各種意味付けまでも探知
する試みはなされていない。

【０００５】本発明は、上記要請に鑑み、単に物体との
距離や相対速度を探知するだけでなく、物体が有する又
は物体に予め付与した各種情報でも探知できるミリ波レ
ーダ搭載車両を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び効果】上記目的を達成
するため本発明に係わるミリ波レーダ搭載車両は、例え
ば図２を参照して説明すれば、車両１に設置した送受信
アンテナ２の送信アンテナ２ａから送信波３ａを発射
し、受信アンテナ２ｂで物体４からの反射波３ｂを受信
することにより物体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖを探知
するミリ波レーダ５を搭載する車両１において、探知距
離分解性能ΔＬを可変とするミリ波レーダ５を有するこ
とを特徴としている。

【０００７】上記構成によれば、探知距離分解性能ΔＬ
を各種変化可能なミリ波レーダ５を備えたので、単に物
体との距離や相対速度を探知するだけでなく、物体が有
する又は物体に予め付与した各種情報も探知できる。

【０００８】

【発明の実施の形態及び実施例】事例説明に先立ち、理
解を早めるために、事例の車両に装着したミリ波レーダ
の仕様例を述べておく。尚、従来技術の欄で図２を参照
して説明済みの各要素符号と同一の要素符号はそのまま
使用し、重複説明を省略する。

【０００９】ミリ波は、波長λが１〜１０ｍｍ（３００
〜３０ＧＨｚ）の電磁波である。本事例では周波数５
９．５ＧＨｚ（λ≒５ｍｍ）を用いている。尚、ミリ波
レーダ５での信号処理方式としてはパルス方式、２周波
数ＣＷ方式、ＦＭ−ＣＷ方式等が知られるが、本例では
ＦＭ−ＣＷ方式を採用し、さらに複数物体４を弁別する
ための信号処理としてのＦＦＴ（高速フーリエ変換）も
採用している。

【００１０】ＦＭ−ＣＷ方式は、図３に示すように、ミ
リ波を変調波（本例では三角波）で変調し、送信アンテ
ナ２ａから発射する送信波３ａと、受信アンテナ２ｂで
受信した反射波３ｂとを混合器でミキシングし、ビート
周波数ｆb1、ｆb2を得てその後、次式(1),(2) によって
車両１と探知物体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖを算す
る。 Ｌ＝Ｃ（ｆb2＋ｆb1）／（８ΔＦ・ｆm ） ・・・・・・・(1) Ｖ＝Ｃ（ｆb2−ｆb1）／（４ｆo ）・・・・・・・・・・・・・・・(2) 尚、Ｃは光速、ｆb1は同図３で示される「増加側のビー
ト周波数」、ｆb2は「減少側のビート周波数」、ΔＦは
周波数偏移幅（本例では７５ＭＨｚであり、詳細は後述
するように、増減±Δｆ可能としてある）、ｆm は前記
変調波の周波数（本例では７８１．２５Ｈｚであり、こ
れもまた詳細は後述するように、増減±Δｆm 可能とし
てある）、ｆo は中心周波数であって前記ミリ波の周波
数（５９．５ＧＨｚ）である。

【００１１】ところで前記図３は物体４が単一の場合の
説明図であるが、複数物体４を探知するためのＦＦＴ
は、受信波の受信強度〔ｄＢ〕が、物体４との距離Ｌ、
物体４への方向（送受信アンテナ２から見たアンテナビ
ーム中心Ｃと物体４との方向とのずれ角）、物体４の有
効反射面積等により異なることに着目し、例えば図６に
示すように、受信強度〔ｄＢ〕に所定の閾値Ｂを設け、
この閾値Ｂよりも大きな受信強度〔ｄＢ〕のビート周波
数を得ている。このように閾値Ｂを設定すると、物体４
の数に対応した数の受信強度〔ｄＢ〕が得られる。即ち
物体４が単体ならば、一つのピーク値（例えば図６
（ａ）の１２ｅ）が得られ、物体４が複数あれば、複数
のピーク値（例えば図６（ｃ）の１２ａ〜１２ｅ）が得
られ、また物体が前方の登坂路面に対するように連続体
ならば、連続したピーク値（例えば図６（ａ）の１２ａ
〜１２ｄ）が得られる。

【００１２】前記アンテナビーム幅θは次式(3) で表さ
れる。これはアンテナ利得が最大であるアンテナビーム
中心Ｃ（図２参照）での前記最大アンテナ利得の半値
（１／２）までが得られる角度であり、有効な電波の広
がり範囲を示す。本例ではθ≒４°（即ち、アンテナビ
ーム中心Ｃ回りに各２°）となる。 θ≒７０λ／Ｄ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)

【００１３】そして電波レーダでの探知物体４に対する
探知距離分解性能ΔＬは、次式(4)で得られ、本例では
ΔＬ＝２ｍ（即ち、前後±１ｍの精度）となる。本事例
は、詳細は後述するが、このΔＬを変更自在としてあ
る。 ΔＬ＝Ｃ／（２ΔＦ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)

【００１４】第１例を図１を参照して説明する。本例の
ミリ波レーダ５は図１の概念で説明できる。低周波発生
器５１によって低周波ｆを発生し、これをＦＭ変調器５
２に入力する。変調器５２は、制御器５３からの指令信
号Ｓ１に基づき、前記低周波ｆの周波数ｆm を増減±Δ
ｆm すると同時に、周波数偏移幅ΔＦを増減±Δｆする
（尚、これら増減は、複数変調部を設けてこれらの切換
えでもよい）。但し、両者の積算値「ｆm ・ΔＦ」が増
減前後でも変化しないように増減する。変調されたミリ
波はミリ波発信器５４ａを経て送信アンテナ２ａから送
信波３ａとして発射される。物体４からの反射波３ｂ
（即ち受信波３ｂ）はその受信強度〔ｄＢ〕と共に受信
アンテナ２ｂで受信され、ミリ波受信機５４ｂを経て前
記変調器５２に入力される。変調器５２はビート周波数
ｆb1、ｆb2を算出し、このビート周波数ｆb1、ｆb2をそ
の受信強度〔ｄＢ〕と共にＦＦＴ処理器５５に入力す
る。ＦＦＴ処理器５５は各受信強度〔ｄＢ〕に基づき、
各探知物体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖを夫々算出し、
その結果を制御器５３と、車両制御部９に入力する。
尚、車両制御部９は、車両１が有人車ならば、例えば警
報器や表示器等であり、一方車両１が無人車ならば、例
えばエンジン制御系、操舵系、制動系、変速系等であ
る。さらに尚、制御器５３は、ＦＦＴ処理器５５から距
離Ｌ及び相対速度Ｖを受けると共に、運転者１０からの
直接的に指令信号Ｓ２を受けるようにしてある。そして
制御器５３は、指定信号Ｓ１なる増減変調波±Δｆm 及
び増減周波数偏移幅±Δｆを変調器５２に入力する。

【００１５】即ち、上式(4) によれば、探知距離分解性
能ΔＬは周波数変移幅ΔＦに反比例する。一方上式(1)
によれば、周波数偏移幅ΔＦは周波数ｆm に反比例す
る。即ち探知距離分解性能ΔＬは周波数ｆm に比例する
ことになる。但し、上式(1) から明らかなように、同じ
距離Ｌを得るには、前述したように、両者の積算値「ｆ
m ・ΔＦ」が増減前後でも変化しないように増減する必
要がある。

【００１６】即ち、周波数ｆm と周波数偏移幅ΔＦとを
共に変化させると、探知距離分解性能ΔＬが変化する。
例えば本例でのΔＬ＝２ｍをΔＬ＝０．２ｍとするには
（即ち、探知距離分解性能ΔＬを高めるには）、本例で
のｆm ＝７８１．２５Ｈｚをｆm ＝７８．１２５Ｈｚに
変更し、かつΔＦ＝７５ＭＨｚをΔＦ＝７５０ＭＨｚに
変更する。

【００１７】つまり上記第１例のミリ波レーダ搭載車両
は、探知距離分解性能ΔＬを可変とするミリ波レーダ５
を搭載している。これにより、次のような効果（即ち、
制御器５３が次のような各種制御を備えて信号Ｓ１の内
容を決定できるという効果）を得ることができる。

【００１８】（１）第１制御例を述べる。例えば、遠方
（Ｌ＝大）の探知物体４に対しては、探知距離分解性能
ΔＬを大きくしておく。このようにすると、実際は複数
物体４であっても、探知上は単一の物体４（又は例えば
上り坂）としてしか探知されない。従って車両制御部９
が混乱を来すような複数の距離Ｌ及び相対速度Ｖを車両
制御部９に入力する必要がなく、ＦＦＴ処理も車両制御
部９も処理が楽になる。一方、例えばホイールローダで
ダンプトラックに土砂を積み込むとき、ホイールローダ
はダンプトラックに対して例えば１０ｃｍ程度まで接近
する必要がある。このとき明らかに探知距離分解性能Δ
Ｌを小さくして衝突を回避させる必要がある。即ち、制
御器５３はこのような場合々々のプログラムを各種記憶
し、かつ図１に示すように、車両制御部９から車両１の
動作信号Ｓ３もフイードバックされるようにしてあり、
この動作信号Ｓ３により前記プログラムに基づく最適指
令信号Ｓ１を決定し、変調器５２に入力する。

【００１９】（２）第２制御例を述べる。ビート周波数
ｆb2、ｆb1は、図３に示すように、少なくとも周期１／
ｆm 毎に演算される必要がある。即ち、例えば相対速度
Ｖが高速になると、今回探知から次回探知までの間に車
両１が探知距離分解性能ΔＬを上回る距離を走行してし
まう場合が生じ、探知距離分解性能ΔＬを高めた意味
（即ち、探知距離分解性能ΔＬの値を小さくした意味）
がなくなる場合がある。具体的には、本例の車両１の当
初はΔＬ≒２ｍである。仮に車両１における物体４に対
する相対速度Ｖを１００ｋｍ／ｈとすると、当初のｆm
＝７８１．２５Ｈｚにおける次回探知までの車両１と物
体４との距離Ｌの縮まりは約３．８ｃｍである。ところ
が制御器５３でｆm ＝７８．１２５Ｈｚに変更すると、
上記した通り、ΔＬ＝２ｍはΔＬ＝０．２ｍとなるが、
次回探知までの車両１と物体４との距離Ｌの縮まり（又
は伸び）が約３８ｃｍと大きくなる。即ち、縮まりの約
３８ｃｍが探知距離分解性能ΔＬの０．２ｍよりも大き
くなってしまい、探知距離分解性能ΔＬを高めた意味が
無くなる場合が生ずる。そこで例えば、高速走行時であ
っても、距離Ｌが十分大きい場合は、縮まりよりも探知
距離分解性能ΔＬを優先し、一方、距離Ｌが短い場合
は、探知距離分解性能ΔＬよりも縮まりを優先する操作
を行う。このことを考慮し、制御器５３には、ＦＦＴ処
理器５５から距離Ｌ及び相対速度Ｖを受けると共に、運
転者１０からの直接の指令信号Ｓ２を受けられるように
してある。勿論、運転者１０からの直接の指令信号Ｓ２
は前記プログラムを自在に選択又は停止させる割り込み
信号である。

【００２０】（３）第３制御例を述べる。例えば図５に
示すように、走行路１１のカーブに沿って互いの離間距
離ｄ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を変えて４個のリフレクタ１
２（１２ａ〜１２ｅ）を設ける。リフレクタ１２ａ〜１
２ｃの夫々の離間距離ｄ１を２０ｃｍ、リフレクタ１２
ｃ、１２ｄの離間距離ｄ２を４０ｃｍ、リフレクタ１２
ｄ、１２ｅの離間距離ｄ３を１５０ｃｍとする。一方、
制御器５３は、探知距離分解性能ΔＬを２ｍ、５０ｃ
ｍ、１０ｃｍの３段階に変更する指令信号Ｓ１を有す
る。この変更は定期的に実施するようにしてもよいし、
予めコースデータから得た走行距離を走行したときの
み、暫くの間、定期的に実施するようにしてもよい。そ
こで先ず、ΔＬ＝２ｍでリフレクタ１２ａ〜１２ｅを探
知すると、図６（ａ）に示すように、受信強度〔ｄＢ〕
とその閾値Ｂとにより、またΔＬ＝２ｍによってリフレ
クタ１２ａ〜１２ｄが連続した単一物体として探知され
るため、「１０１」と二値化に信号化できる。次に、Δ
Ｌ＝５０ｃｍに切換えると、図６（ｂ）に示すように、
前記リフレクタ１２ａ〜１２ｄがリフレクタ１２ａ〜１
２ｃとリフレクタ１２ｄとに別れて探知されるため「１
０１０１」と二値化に信号化できる。次いでさらに、Δ
Ｌ＝１０ｃｍに切換えると、図６（ｃ）に示すように、
総てのリフレクタ１２ａ〜１２ｅが個別に探知されるた
め「１０１０１０１」と二値化に信号化して探知でき
る。即ち、リフレクタ１２ａ〜１２ｅの配置及び探知距
離分解性能ΔＬの切換えとの組み合わせの一連の変化か
ら無数の情報（交通情報等）を得ることができる。従っ
て予め多くの意味付けをリフレクタ１２ａ〜１２ｅの配
置によって行うことができ、またこれらをその意味付け
と共に探知できる。尚、本例では「カーブ」であること
の意味付けが第１であるが、２値化の桁数が合計１５桁
と多桁となるため、この「カーブ」との意味付けと共
に、カーブの曲率、カーブの長さ、当該車両１のカーブ
での制動の必要性やその程度等までも一度に意味付けで
きる。尚、各探知距離分解性能ΔＬの約２倍程度の離間
距離ｄを１単位として２値化すると、ミリ波レーダ５が
各リフレクタ１２の離間距離ｄも算出できるのであるか
ら、ΔＬ＝１０ｃｍに切換えたときは、図６（ｃ）の下
段の２値化数に示すように、「１０１００１０００００
０１」と読み込むこともできる。即ちこのようにする
と、さらに無数の意味付けとこれらの探知とを行うこと
ができる。

【００２１】（４）第４制御例を述べる。例えば図７に
示すように、上記（３）同様に、車両１の前後左右面に
互いに異なる離間間隔ｄで複数ずつのリフレクタ１２を
当該面（その車両１の前面、後面、左面、右面等）であ
ることの意味付けとして予め設置しておく。制御器５３
はまたこの意味付けを予め記憶しておく。このような車
両１同士が例えば交差点に進入して対面したとき、両車
両１は、最初は両車両１が対面しているため、互いに相
手車両１の前面の複数リフレクタ１２を１個として探知
してしまう（１個と探知するのは一方の車両１から見て
他方の車両１の前面の複数リフレクタ１２までの距離Ｌ
が共に同じだからである）。ところが、仮に相手車両１
が右旋回すると、相手車両１の前面のリフレクタ１２を
複数に探知できるようになると共に、左側面の複数リフ
レクタ１２も徐々に探知できるようになる。このとき、
探知距離分解性能ΔＬを変化させることにより、上記
（３）で説明したと同じように、こちら側の車両は相手
車両１の左面を認識できるようになり、これを通して相
手車両１が右旋回であることも探知できるようになる。
従って車両１の車両動作部９は相手車両１に対し例えば
衝突防止するような退避動作を行えるようになる。

【００２２】即ち、従来のミリ波レーダ搭載車両では、
探知物体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖしか探知していな
いが、上記各事例によれば、探知距離分解性能ΔＬを各
種変化可能なミリ波レーダ５を備えたので、交通情報や
車両の姿勢情報等の各種情報までも探知できるようにな
る。尚、上記事例は、ミリ波に限定されず、マイクロ波
等やこれよりも長波長の電波に対しても理論上は適用可
能である。ところがミリ波では、上式(3) からも明らか
なように、また前述したように、他の波長に比べてアン
テナを小形化できるという車両への搭載に有利な点があ
る。さらにミリ波では、他の波長に比べて酸素Ｏ₂ への
吸収が極めて顕著であるという特徴を有する。この特徴
によれば、ミリ波は距離に応じてどんどん減衰し、この
結果、車両において最適な対物探知距離（〜１２０ｍ程
度まで）を確保できる。即ち他の波長では、ミリ波と比
べて酸素Ｏ₂ への吸収が殆ど無いに等しいために極めて
遠方の物体までも探知してしまう。従って他の波長のレ
ーダでは、車両として全く不要の遠方物体までも探知
し、これがノイズとなるため、車両用レーダとするには
不向きである。上記事例は、このような背景の元になさ
れたものであり、遠距離までも探知をすることなく近距
離を探知するミリ波において、特に実用可能となってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１例のブロック図である。

【図２】ミリ波レーダ搭載車両の側面図である。

【図３】ＦＭ−ＣＷを説明するグラフである。

【図４】送受信アンテナの斜視図である。

【図５】第１例の第３制御例を説明するためのカーブに
設けたリフレクタの配置図である。

【図６】第１例の第３制御例及び第４制御例の作用効果
を説明するＦＦＴ解析図であり、（ａ）は探知距離分解
性能が低い場合、（ｂ）は中程度の場合、（ｃ）は高い
場合である。

【図７】第１例の第４制御例を説明するためのダンプト
ラックの斜視図である。

【符号の説明】

１ 車両 ２ 送受信アンテナ ２ａ 送信アンテナ ３ａ 送信波 ２ｂ 受信アンテナ ４ 物体 ３ｂ 反射波（受信波） Ｌ 距離 Ｖ 相対速度 ５ ミリ波レーダ ΔＬ 探知距離分解性能

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両１に設置した送受信アンテナ２の送
   信アンテナ２ａから送信波３ａを発射し、受信アンテナ
   ２ｂで物体４からの反射波３ｂを受信することにより物
   体４との距離Ｌ及び相対速度Ｖを探知するミリ波レーダ
   ５を搭載する車両１において、探知距離分解性能ΔＬを
   可変とするミリ波レーダ５を有することを特徴とするミ
   リ波レーダ搭載車両。