WO2011092813A1 - 障害物検出装置 - Google Patents

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鈴木　浩二
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トヨタ自動車株式会社
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    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an obstacle detection device.
  • Eight receiving antennas are arranged in a horizontal direction, the first and eighth receiving antennas are shifted upward from the other receiving antennas, and a first oblique direction by the first receiving antenna and the second receiving antenna;
  • a technique is known in which a vertical direction of a target is obtained from a second oblique direction by a seventh receiving antenna and an eighth receiving antenna (see, for example, Patent Document 1).
  • DBF digital beam forming
  • the detection accuracy of the target and the detectable orientation change depending on the interval and angle at which the receiving antennas are arranged.
  • the required accuracy and detection range differ between a long distance and a short distance.
  • the required performance varies depending on the driving situation and the surrounding environment. If the combination of receiving antennas is set in advance as in the prior art, the required performance cannot be exhibited depending on the situation.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of detecting various targets more accurately.
  • the obstacle detecting apparatus employs the following means. That is, the obstacle detection device according to the present invention is A plurality of receiving antennas arranged in the horizontal direction, a part of which is arranged shifted in the vertical direction, a receiving antenna unit having a plurality of combinations of receiving antennas for detecting the horizontal direction and the vertical direction of the target; Detecting means for detecting the target multiple times by changing the combination of the receiving antennas; It is characterized by providing.
  • the direction of the target with respect to the oblique direction is detected. can do. That is, it is possible to detect the orientation of the target with respect to the direction in which the two receiving antennas are arranged. If there are at least two combinations of receiving antennas arranged at different angles, the horizontal direction and the vertical direction of the target can be detected.
  • the detecting means can detect the target a plurality of times by changing the combination of the receiving antennas.
  • the range in which the target can be detected and the target detection accuracy vary depending on the distance (interval) between the receiving antennas.
  • the target can be detected at a wider angle, but the target detection accuracy decreases.
  • the wider the interval between the receiving antennas the narrower the angle at which the target can be detected by returning the phase, but the detection accuracy becomes higher.
  • the vertical direction can be obtained more accurately as the arrangement direction approaches the vertical direction.
  • the range in which the target can be detected and the detection accuracy of the target change depending on the arrangement direction and the arrangement interval of the receiving antennas.
  • the target can be detected accordingly.
  • the detection accuracy of the target can be increased by comparing the detection results of at least two times by the detection means. For example, when detecting a target using two receiving antennas, if there are multiple targets with the same relative speed at the same distance, the received waves from these will be combined, and the target will be accurately It may become impossible to detect. In addition, the target may not be accurately detected due to the folding of the phase. Even in such a case, the detection accuracy of the target can be increased by comparing at least two detection results by the detection means.
  • the said detection means can detect a target using the combination of a receiving antenna with a wide arrangement space, so that distance is near.
  • receiving antennas arranged at a wide interval can detect the orientation of the target with high accuracy. For example, if a combination of receiving antennas having a diagonal arrangement direction and a wide interval is used, the vertical direction of the target can be detected with high accuracy.
  • an object such as an iron plate laid on the road surface, through which the vehicle can pass, has a long distance because the surface on which the radar wave is reflected is a surface in the thickness direction of the iron plate.
  • the reception level of the radar wave becomes small. For this reason, the detection accuracy decreases at a long distance.
  • the detection accuracy decreases at a long distance.
  • a wide range may be detected by receiving antennas arranged at a narrow interval.
  • the reception level increases even for a thin target such as an iron plate.
  • a target exists at a short distance, high detection accuracy is required for the target.
  • control must be performed immediately to avoid the collision.
  • control that avoids a collision is performed on a target such as an iron plate, unnecessary control is performed.
  • a receiving antenna having a wider interval may be selected.
  • the host vehicle when traveling straight, there is no problem if there is no obstacle in a narrow range in the traveling direction of the host vehicle at a short distance. For example, even if a bridge existing at a long distance is detected, if the vehicle approaches close to the host vehicle, the bridge exists above the host vehicle and is not detected by the radar, but there is a risk that the host vehicle will collide. There is no need to detect it.
  • the target can be detected using the optimum combination by detecting the target using a combination of receiving antennas having a wider arrangement interval.
  • the detection means can change the combination of receiving antennas according to the distance of the target to be detected.
  • the combination of the receiving antennas is changed according to the distance, and the target is detected again.
  • the position of the target may be detected by shifting the phase. In this case, it is difficult to determine whether or not the detected position is correct only by the combination of the receiving antennas.
  • the target is detected using a combination of receiving antennas with wider intervals, and the target is detected at the same position at this time, it can be determined that the position is the correct position, If it is detected at a different position, it can be determined that the position is an incorrect position.
  • the correct position can be calculated, so that the position of the target can be specified using a combination of receiving antennas having a wide interval.
  • the rough direction of the target may first be detected using a combination of receiving antennas with a narrow interval, and then the target may be detected precisely using a combination of receiving antennas with a wide interval. May be.
  • the changing means can change the combination of receiving antennas according to the speed of the host vehicle.
  • the faster the vehicle collides with the target so a more accurate antenna combination is required.
  • the detecting means detects the horizontal direction using three or more receiving antennas arranged in the horizontal direction, and thereafter The vertical direction can be detected by using the receiving antennas that are shifted in the direction.
  • the orientation of the target with respect to the horizontal direction can be detected by three or more receiving antennas arranged in the horizontal direction.
  • high resolution processing other than the monopulse method can be used.
  • the azimuth of the target with respect to the horizontal direction using three or more receiving antennas, it is possible to detect the azimuth in the horizontal direction more accurately.
  • the receiving antennas arranged in an oblique direction the vertical direction of the target can be detected.
  • the three-dimensional coordinates of the target can be specified from the vertical direction of the target and the distance to the target. That is, if three or more receiving antennas arranged in the horizontal direction are used, the horizontal direction of the target can be detected with higher accuracy than when two receiving antennas arranged in the horizontal direction are used. .
  • the horizontal direction can be detected with high accuracy, and the vertical direction can be obtained using the receiving antennas that are shifted in the vertical direction.
  • the detection accuracy of a target can be raised more by changing the combination of a receiving antenna, detecting the azimuth
  • the detection means can change the combination according to the time until the target obtained based on the relative speed and distance of the target collides.
  • the time until the target collides can be estimated. It is required to detect the target with higher accuracy as the time is shorter. That is, when the time until the target collides is short, the target may be detected with high accuracy using a combination of receiving antennas having a wider interval. On the other hand, when the time until the target collides is long, by using a combination of receiving antennas with a narrower interval, the approximate position of the target is grasped and the target exists in a wide range. If it is detected whether or not, it becomes easier to detect another target. For example, the target may be detected again after changing the combination of reception antennas based on the TTC detected by any combination of reception antennas.
  • the combination is changed according to the time until the other vehicle approaches the predetermined distance. Also good.
  • the combination can be changed according to the type of driving support system for supporting the driver.
  • the driving support system is, for example, a system that controls the vehicle on behalf of the driver or protects the driver in preparation for a collision.
  • the optimum combination of receiving antennas is different. If the combination of receiving antennas is changed according to these systems, the optimum combination according to the system can be selected.
  • the driving support system includes a pre-crash safety system that avoids collision or reduces damage caused by collision, a preceding vehicle tracking control system that tracks a vehicle in front of the host vehicle while maintaining a predetermined distance, or It may be at least one lane keeping assist system that prevents deviation from the lane in which the host vehicle is traveling.
  • a plurality of these systems may be provided, and the combination of receiving antennas may be changed according to each system. Further, one of these systems may be provided, and a combination of receiving antennas corresponding to the system may be used. In either case, the combination of receiving antennas can be changed in each system to improve accuracy.
  • the detection means can change the combination according to the surrounding environment.
  • the surrounding environment can include, for example, the shape of the road and the relationship between the road on which the vehicle is traveling and another road. For example, since there is a possibility that other vehicles and people may jump out from the left and right at the intersection, these can be detected by using a combination of receiving antennas that can detect a wider angle range.
  • the surrounding environment can be obtained by, for example, a radar or a navigation system.
  • the traveling direction changes greatly, so the range where the target detection is required also changes greatly.
  • the detection range may be changed in accordance with the traveling direction. The same applies when driving on a curve.
  • a combination of receiving antennas that can detect a wide-angle range including the direction may be selected.
  • the combination of receiving antennas may be changed depending on whether the vehicle is traveling on an ordinary road or an expressway. For example, on an expressway, there are many bridges and signboards that cross over it, so there are many opportunities to detect farther targets. For this reason, the target may be detected by using more combinations of reception antennas having a narrow interval. Even in such a case, the accuracy can be further improved by using a combination of receiving antennas having a wide interval.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an array of receiving antennas according to the first embodiment. It is the figure which showed an example of the relationship between the arrangement
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an array of receiving antennas according to a third embodiment. 10 is a flowchart illustrating a target detection flow according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an obstacle detection apparatus 1 according to the present embodiment.
  • This obstacle detection device 1 is mounted in the front part of a vehicle, detects the presence of a target in front of the host vehicle, and further detects the distance, relative speed, direction, etc. to the target. is there. Millimeter waves are used for transmission radio waves.
  • the obstacle detection apparatus 1 includes an oscillator 2, a transmission antenna 3, a reception antenna unit 4, a mixer 5, a filter 6, an A / D converter 7, and an ECU 10.
  • the oscillator 2 oscillates at a millimeter waveband frequency with a center frequency of F0 (for example, 76.5 GHz), and outputs a signal that is frequency-modulated so that the frequency changes in a triangular wave shape.
  • the transmission antenna 3 transmits a radar wave according to the transmission signal from the oscillator 2.
  • the receiving antenna unit 4 receives a reflected wave obtained by reflecting a radar wave transmitted from the transmitting antenna 3 by an object.
  • the receiving antenna unit 4 is an array antenna, and includes a first receiving antenna 4a, a second receiving antenna 4b, a third receiving antenna 4c, and a fourth receiving antenna 4d.
  • Each of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, 4d is composed of a plurality of patch antennas arranged in the vertical direction. The arrangement of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d will be described later.
  • the first receiving antenna 4a, the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d correspond to the receiving antenna in the present invention. Note that there may be three or more receiving antennas.
  • the mixer 5 is provided for each of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d, and a local signal from the oscillator 2 is input thereto.
  • the received signals from the respective receiving antennas 4a, 4b, 4c and 4d are mixed with the local signal and down-converted to an intermediate frequency. By this down-conversion, a beat signal (difference signal between a transmission signal and a reception signal) is obtained.
  • the filter 6 is provided for each of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d, and removes unnecessary signal components from the output of the mixer 5.
  • An A / D converter 7 is also provided for each of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d, and generates reception data by sampling the output of the filter 6.
  • the ECU 10 includes a CPU that executes a program, a ROM that stores programs and data tables executed by the CPU, a RAM that is used as a working area, an input / output interface, and the like.
  • the ECU 10 activates the oscillator 2 and executes a process for obtaining the position and relative speed of the target based on each received data obtained during the operation of the oscillator 2.
  • the ECU 10 controls the alarm device 11 on the basis of information on the detected direction, distance, and relative speed of the target.
  • the alarm device 11 is a device that warns the driver of the vehicle of the presence of an obstacle using, for example, sound or light. Note that a seat belt pretensioner, an airbag, a brake, a throttle, and the like may be driven according to the direction, distance, and relative speed of the target.
  • the beat frequency when the relative speed is zero is FR
  • the Doppler frequency based on the relative speed is FD
  • the beat frequency of the section where the frequency increases (up section) is FB1
  • the beat frequency of the section where the frequency decreases (down section) is FB2.
  • C the speed of light
  • FM the FM modulation frequency
  • ⁇ F the modulation width
  • F0 the center frequency
  • the orientation of the target can be calculated by a phase monopulse method.
  • a case where a reflected wave incident on the two receiving antennas at an angle ⁇ is detected will be described as an example.
  • the orientation of the target is specified by using a plurality of combinations that are oblique directions among the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • FIG. 2 is a diagram showing an array of receiving antennas according to the present embodiment.
  • the first receiving antenna 4a, the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d are provided on the same plane.
  • FIG. 2 shows the center points of the respective receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • a fourth receiving antenna 4d is arranged in the horizontal direction of the first receiving antenna 4a.
  • a third receiving antenna 4c is arranged in the horizontal direction of the second receiving antenna 4b.
  • the 2nd receiving antenna 4b and the 3rd receiving antenna 4c are shifted above the 1st receiving antenna 4a and the 4th receiving antenna 4d, and are arranged.
  • the second receiving antenna 4b and the third receiving antenna 4c are respectively arranged obliquely upward with respect to the first receiving antenna 4a and the fourth receiving antenna 4d.
  • the combination in which the arrangement direction becomes an oblique direction when two of the reception antennas 4a, 4b, 4c, and 4d are selected and combined is indicated by a solid line in FIG. That is, as a combination in an oblique direction, a combination of the first reception antenna 4a and the second reception antenna 4b (referred to as CH12), a combination of the first reception antenna 4a and the third reception antenna 4c (referred to as CH13), There are four possible ways: one based on the second receiving antenna 4b and the fourth receiving antenna 4d (referred to as CH24) and one based on the third receiving antenna 4c and the fourth receiving antenna 4d (referred to as CH34).
  • angles of the arrangement direction of CH12, CH13, CH24, and CH34 with respect to the horizontal direction are indicated by R12, R13, R24, and R34, respectively.
  • CH12 and CH13 are compared, the spacing is narrower in CH12 and wider in CH13.
  • CH24 and CH34 are compared, the spacing is narrower in CH34 and wider in CH24. That is, with respect to CH13 and CH24, CH12 and CH34 can detect a target in a wide angle range. Conversely, CH13 and CH24 can detect a target with higher accuracy in a narrow angle range than CH12 and CH34.
  • the position of the target is examined using CH13 and CH24.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the arrangement direction of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d and the position of the target as seen from the rear of the host vehicle.
  • the horizontal axis indicates the lateral position of the target, which corresponds to the distance in the lateral direction of the host vehicle.
  • the vertical axis indicates the height in the vertical direction. Coordinate axes are set for the CH12 arrangement direction and CH34 arrangement direction, respectively.
  • the lateral position X12 of the target in the CH12 arrangement direction is calculated by the monopulse method.
  • the lateral position X34 of the target in the arrangement direction of CH34 is calculated by the monopulse method.
  • the lateral position X13 of the target in the CH13 arrangement direction is calculated by the monopulse method.
  • the lateral position X24 of the target in the arrangement direction of CH24 is calculated by the monopulse method.
  • the height Z and the lateral position X of the target are calculated by the following equations.
  • the horizontal position X and the height Z of the target obtained from CH12 and CH34 and CH13 and CH24 are compared. That is, in CH13 and CH24, although the target detection accuracy is high, the phase may be folded back.
  • the receiving antennas are arranged so as not to cause phase folding, the detection accuracy is low, but the position of the target can be detected in a wide angle range. For example, if the approximate position of the target is obtained in a wide angle range and the position of the target obtained by CH13 or CH24 is close to this position, the position of the target obtained by CH13 or CH24 is actually Can be identified as the position of the target.
  • the deviation amount is set as follows. Since the calculation can be performed, the position obtained by adding the shift amount to the position of the target obtained in CH13 or CH24 can be specified as the actual position of the target.
  • the detection accuracy of the target can be improved by detecting the target by changing the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • the detection accuracy of the target can be improved by detecting the target by changing the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a target detection flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the ECU 10.
  • step S101 the ECU 10 calculates the lateral position X12 of the target in the CH12 arrangement direction by the monopulse method from the first receiving antenna 4a and the second receiving antenna 4b.
  • step S102 the ECU 10 calculates the lateral position X34 of the target in the arrangement direction of the CH34 by the monopulse method from the third receiving antenna 4c and the fourth receiving antenna 4d.
  • step S103 the ECU 10 calculates the height Z and the lateral position X of the target from the lateral position X12 of the target in the arrangement direction of CH12 and the lateral position X34 of the target in the arrangement direction of CH34.
  • step S104 the ECU 10 calculates the lateral position X13 of the target in the arrangement direction of CH13 by the monopulse method from the first receiving antenna 4a and the third receiving antenna 4c.
  • step S105 the ECU 10 calculates the lateral position X24 of the target in the CH24 arrangement direction by the monopulse method from the second receiving antenna 4b and the fourth receiving antenna 4d.
  • step S106 the ECU 10 calculates the height Z and the lateral position X of the target from the lateral position X13 of the target in the arrangement direction of CH13 and the lateral position X24 of the target in the arrangement direction of CH24.
  • step S107 the ECU 10 identifies the target height Z by comparing the target height Z calculated in steps S103 and S106.
  • the ECU 10 that processes steps S101 to S107 corresponds to the detecting means in the present invention.
  • step S108 the ECU 10 determines whether or not the target is an alarm target. That is, it is determined whether the height Z of the target is equal to or greater than a threshold value. If an affirmative determination is made in step S108, that is, if it is determined that the target is an alarm target, the process proceeds to step S109 to activate the alarm device 11. On the other hand, if a negative determination is made in step S108, that is, if it is determined that the target is not an alarm target, this routine is terminated.
  • the height Z of the target is accurately obtained by comparing the results of detecting the target multiple times by changing the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d. be able to.
  • the apparatus can be reduced in size as compared with the case where the receiving antennas are arranged in the vertical direction.
  • the height Z and the lateral position X may be calculated based on the combination in the horizontal direction and the combination in the oblique direction in the reception antennas 4a, 4b, 4c, and 4d.
  • one of the combination of the first reception antenna 4a and the fourth reception antenna 4d (referred to as CH14) or the combination of the second reception antenna 4b and the third reception antenna 4c (referred to as CH23), and CH12 , CH13, CH24, and CH34, the height Z and the lateral position X may be calculated.
  • the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d is changed according to the distance to the target or the time until the host vehicle collides with the target. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the time until the host vehicle collides with the target (hereinafter referred to as TTC) is calculated by (distance / relative speed).
  • the target is detected using a combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d having a wider interval as the distance to the target is shorter or as the TTC is shorter.
  • targets in the short range or TTC range are detected by CH13 and CH24
  • targets in the long range or TTC range are detected by CH12 and CH34.
  • This can be said to be a combination of receiving antennas in which the distance in the vertical direction and the horizontal direction is wider in the short distance range than in the long distance range.
  • the combination of receiving antennas may be changed every predetermined time.
  • the target can be detected with high accuracy in a range where there is a high possibility of the target colliding, it is possible to suppress the target from colliding. Further, even in the case of a target such as an iron plate, since it can be detected with high accuracy, it is possible to suppress an unnecessary alarm or the like.
  • FIG. 5 is a diagram showing an array of receiving antennas according to the present embodiment.
  • the arrangement of receiving antennas is different from that in the first embodiment.
  • the process in ECU10 when specifying the three-dimensional coordinate of a target differs. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the first receiving antenna 4a, the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d correspond to the receiving antenna in the present invention.
  • the third receiving antenna 4c and the fourth receiving antenna 4d are arranged horizontally with the second receiving antenna 4b.
  • the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d are disposed obliquely above the first receiving antenna 4a.
  • the combination in which the arrangement direction is an oblique direction when two of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d are selected and combined is indicated by a solid line in FIG. That is, as a combination in an oblique direction, a combination of the first reception antenna 4a and the second reception antenna 4b (referred to as CH12), a combination of the first reception antenna 4a and the third reception antenna 4c (referred to as CH13), There are three possible cases, including the first receiving antenna 4a and the fourth receiving antenna 4d (referred to as CH14).
  • the horizontal combinations of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d include those by the second receiving antenna 4b and the third receiving antenna 4c (referred to as CH23), the third receiving antenna 4c and the fourth receiving antenna 4d.
  • CH34 the second receiving antenna 4b and the fourth receiving antenna 4d
  • CH24 the fourth receiving antenna 4d
  • the azimuth ⁇ of the target with respect to the horizontal direction is calculated from the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d. That is, by using CH23, CH34, CH24, or CH234 and combining the orientations obtained based on the phase monopulse method, the target orientation ⁇ with respect to the horizontal direction is calculated together with the determination of the presence or absence of the target. At this time, an amplitude monopulse method may be employed. Further, high resolution processing such as DBF or MUSIC may be employed. In this way, the detection accuracy can be improved by detecting the azimuth ⁇ of the target with respect to the horizontal direction using the three receiving antennas 4b, 4c, and 4d.
  • the azimuth ⁇ ′ of the target with respect to the CH12 arrangement direction is calculated by the monopulse method.
  • the three-dimensional coordinates of the target can be obtained from the vertical angle ⁇ , the distance to the target, and the direction ⁇ of the target with respect to the horizontal direction. Then, when the height of the target is lower than the threshold, it is not identified as an obstacle. Thereby, even if an iron plate or the like having almost no height is laid on the road, it is not identified as an obstacle, so that it is possible to suppress unnecessary warnings and the like.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a target detection flow according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the ECU 10. In addition, about the step in which the same process as the flow shown in FIG.
  • step S201 the ECU 10 calculates the horizontal direction azimuth ⁇ of the target from the second receiving antenna 4b, the third receiving antenna 4c, and the fourth receiving antenna 4d, for example, by a phase monopulse method.
  • step S202 the ECU 10 calculates the azimuth ⁇ ′ of the target with respect to the arrangement direction in CH12 by the monopulse method from the first receiving antenna 4a and the second receiving antenna 4b. Thereafter, the process proceeds to step S203.
  • step S203 the ECU 10 calculates the vertical angle ⁇ of the target, and then proceeds to step S204.
  • step S204 the ECU 10 specifies the three-dimensional coordinates of the target.
  • the three-dimensional coordinates of the target are calculated from the vertical angle ⁇ , the azimuth ⁇ , and the distance. Thereafter, the process proceeds to step S108.
  • the vertical angle ⁇ of the target is calculated using the orientation of the target with respect to the arrangement direction of CH13 or CH14 instead of CH12. Then, the detection accuracy of the vertical angle ⁇ of the target can be improved by comparing the vertical angle ⁇ obtained by CH12 and CH13 or CH14.
  • the ECU 10 that processes steps S201 to S204 corresponds to the detecting means in the present invention.
  • the position of the target in the horizontal direction can be accurately detected by the combination of a plurality of receiving antennas arranged in the horizontal direction. For this reason, even if there are a plurality of targets in front of the host vehicle, they can be accurately detected.
  • the height of the target can be obtained with high accuracy by the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d arranged in an oblique direction. Thereby, even if an iron plate or the like that has almost no height and through which the host vehicle can pass is laid on the road, it is not identified as an obstacle, and thus it is possible to suppress unnecessary warnings and the like.
  • the apparatus can be reduced in size.
  • a plurality of driving support systems are provided, and the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, 4d is changed for each driving support system. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the driving support system is, for example, a system that applies a brake or issues an alarm when there is a possibility that a target may collide, and is prepared for a collision (pre-crash safety system, hereinafter referred to as PCS), in front of the host vehicle.
  • PCS pre-crash safety system
  • a system following vehicle follow-up control system; hereinafter referred to as ACC) that keeps a predetermined distance from other vehicles traveling on the road, and a system that prevents deviation from the lane (lane keep assist system; hereinafter referred to as LKA).
  • LKA lane keep assist system
  • the processing described in the first embodiment or the second embodiment is performed so as to increase the accuracy of the target at a short distance.
  • ACC also selects a combination that can accurately detect a predetermined distance provided between the host vehicle and another vehicle. Furthermore, in LKA, for example, a line drawn on a road is detected, and steering control is performed so that the host vehicle is positioned in the lane. Therefore, it is only necessary to accurately detect the lane. That is, the opportunity to detect a target in a narrow angle range using a combination with a wide interval is increased.
  • the optimum combination of the receiving antennas is different. If the combination of receiving antennas is changed according to these systems, the optimum combination according to the system can be selected. Thereby, the precision of a driving assistance system can be improved.
  • an opportunity to detect a target is increased by a combination of receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d that is most suitable for the system. Use to detect the target. Thereby, the detection accuracy of the target can be further increased.
  • the switching frequency of the combination of the receiving antennas and which combination is used may be obtained by experiments or the like.
  • a plurality of driving support systems are provided, but only one of them is provided, and a combination of receiving antennas that is optimal for the system may be set in advance.
  • the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d is changed according to the surrounding environment of the host vehicle or the traveling situation. Since other devices are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • a combination of receiving antennas 4a, 4b, 4c and 4d having a narrower interval is used.
  • a combination of receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d having a narrower interval may be used when the host vehicle passes through an intersection.
  • the surrounding environment of the host vehicle can be detected using, for example, a navigation system.
  • This navigation system is provided with a GPS device, and the GPS device can measure the current position of the host vehicle.
  • map information is memorize
  • a combination capable of detecting a wider range may be selected.
  • making a right or left turn can be detected by, for example, a driver operating a turn indicator.
  • the traveling direction can be detected by the steering angle.
  • the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d according to the surrounding environment of the host vehicle or the traveling situation, the combination of the receiving antennas 4a, 4b, 4c, and 4d according to the situation at that time is changed. You can choose. Even in such a case, the detection accuracy of the target can be further increased by detecting the target using another combination as an auxiliary.

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Abstract

　様々な物標をより正確に検出する。受信アンテナを水平方向に複数配列しその一部が上下方向にずれて配列され、物標の水平方向の方位及び上下方向の方位を検出する受信アンテナの組み合わせを複数有する受信アンテナ部と、受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出する検出手段と、を備える。検出手段による少なくとも２回の検出結果を比較することで物標の検出精度を高めることができる。

Description

障害物検出装置
　本発明は、障害物検出装置に関する。
　８つの受信アンテナを水平方向に配列し、１番目及び８番目の受信アンテナを他の受信アンテナよりも上方にずらし、１番目の受信アンテナと２番目の受信アンテナとによる第１の斜め方向と、７番目の受信アンテナと８番目の受信アンテナとによる第２の斜め方向と、から物標の上下方向の方位を求める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この技術では、１番目から８番目の受信アンテナで得られる信号にＤＢＦ（ディジタル・ビーム・フォーミング）処理を行い、距離、相対速度、及び水平方向の角度を検出している。その後に、第１の斜め方向に対する物標の方位、および第２の斜め方向に対する物標の方位を夫々位相モノパルス方式で検出し、２つの検出結果から物標の上下方向の方位を求めている。
　ところで、受信アンテナが配列されている間隔や角度に応じて、物標の検出精度や検出可能な方位が変わる。ここで、例えば遠距離と近距離とでは、要求される精度や検出範囲が異なる。また、走行状況や周辺環境によっても要求される性能が異なる。従来技術のように、受信アンテナの組み合わせが予め設定されている場合には、状況によっては要求される性能を発揮することができなくなる。
　例えば、上下方向の方位の検出精度が低いと、道路上に敷かれた鉄板を障害物として検知してしまい、車両が鉄板の上を通り過ぎることができるのにもかかわらず、不要な警告やブレーキ操作がなされる虞がある。しかし、この鉄板を検出する性能だけに特化したレーダでは、広い範囲を検出することができなくなる。
特開平１１－２８７８５７号公報 特開２００８－１５１５８３号公報
　本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、様々な物標をより正確に検出することができる技術の提供を目的とする。
　上記課題を達成するために本発明による障害物検出装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による障害物検出装置は、
　受信アンテナを水平方向に複数配列しその一部が上下方向にずれて配列され、物標の水平方向の方位及び上下方向の方位を検出する受信アンテナの組み合わせを複数有する受信アンテナ部と、
　前記受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする。
　ここで、水平方向に配列されている受信アンテナの１つと、上下方向にずれて配列されている受信アンテナの１つと、の２つの受信アンテナを用いることにより、斜め方向に対する物標の方位を検出することができる。すなわち、この２つの受信アンテナが配列されている方向に対する物標の方位を検出することができる。そして、配列されている角度が異なる受信アンテナの組み合わせが少なくとも２つあれば、物標の水平方向の方位及び上下方向の方位を検出することができる。
　そして、配列されている角度が異なる受信アンテナの組み合わせが複数あれば、物標の水平方向の方位及び上下方向の方位を検出する受信アンテナの組み合わせを複数有することになる。そして、検出手段は、受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出することができる。
　ここで、モノパルス方式では、例えば２つの受信アンテナから物標の方位を求める場合に、受信アンテナ間の距離（間隔）によって、物標を検出可能な範囲と、物標の検出精度と、が変わる。例えば、受信アンテナの間隔が狭いほど、より広い角度で物標を検出可能であるが、物標の検出精度は低下する。逆に、受信アンテナの間隔が広いほど、位相の折り返しにより物標を検出可能な角度が狭くなるが、検出精度は高くなる。また、斜め方向に配列された受信アンテナの組み合わせでは、その配列方向が上下方向に近づくほど、該上下方向の方位を精度良く求めることができる。
　このように、受信アンテナの配列方向や配列間隔によって物標を検出可能な範囲や物標の検出精度が変わるため、受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出すれば、様々な状況に応じて物標を検出することができる。
　例えば、高速道路を走行している場合に、比較的遠い距離に存在し該高速道路の上を通る橋が存在する場合には、この橋が検出される。すなわち、橋などは比較的広い面を持っているため、受信レベルが高くなり検出し易い。しかし、遠距離のためにすぐに対応しなくても良い。また、このような遠距離の範囲を精査しても処理が煩雑になるだけである。すなわち、遠距離の場合には精度が低くても広い範囲を検出できたほうが良い。
　一方、路上に敷かれている鉄板などでは、自車両がその上を通過できるくらい薄いものについては、受信レベルが小さいために比較的近い距離にならないと検出されない。ここで、比較的近い距離に存在する物標については、すぐに対応しなくては衝突する虞がある。しかし、鉄板などは衝突する虞がないため、自車両が通過できる厚さであるのか精度良く検出したい。このようなことから、近距離の場合には狭い範囲しか検出できなくても精度が高いほうが良い。このように、距離によって要求される性能が異なる場合であっても、受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出することにより対応することができる。
　また、例えば、検出手段による少なくとも２回の検出結果を比較して物標の検出精度を高めることができる。例えば、２つの受信アンテナを用いて物標を検出する場合に、同じ距離に同じ相対速度の物標が複数存在していると、これらからの受信波が合成されてしまい、物標を正確に検出することができなくなることがある。また、位相の折り返しにより物標を正確に検出することができなくなることがある。このような場合であっても、検出手段による少なくとも２回の検出結果を比較することで物標の検出精度を高めることができる。
　そして、本発明においては、前記検出手段は、距離が近いほど、配置間隔が広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標を検出することができる。
　ここで、広い間隔で配列されている受信アンテナは、物標の方位を高精度に検出することができる。例えば、配列方向が斜め方向であって間隔が広い受信アンテナの組み合わせを用いると、物標の上下方向の方位を高精度に検出することができる。
　例えば、路面に敷かれている鉄板などであって、自車両がその上を通り抜けることができる物標は、レーダ波が反射する面が鉄板の厚さ方向の面であることにより、遠距離にある場合にはレーダ波の受信レベルが小さくなる。このため、遠距離では検出精度が低下する。一方、遠距離では、たとえ大きな物標であっても、近づくまでに時間がかかるため、検出精度が低くても構わない場合が多い。そして、遠距離に存在する物標に対しては、衝突回避のためにブレーキをかける必要はなく、運転者に警告する程度で良い。すなわち、遠距離では、狭い間隔で配列されている受信アンテナで広い範囲を検出すれば良い。
　これに対し近距離では、鉄板などの薄い物標であっても受信レベルが大きくなる。ここで、物標が近距離に存在する場合には、その物標に対して高い検出精度が要求される。例えば、近距離に物標が存在する場合に、それが衝突する虞のある物であるならば、すぐに衝突を回避する制御を行わなくてはならない。反対に、鉄板などの物標に対し衝突を回避する制御を行ってしまうと、不必要な制御がなされることになる。このように、近距離では、より精度の高い検出が要求される。この場合、より間隔の広い受信アンテナを選択すれば良い。
　また、例えば、自車両が直進している場合には、近距離においては、自車両の進行方向の狭い範囲に障害物がなければ問題も無い。たとえば、遠距離に存在する橋が検出されたとしても、自車両のすぐ近くまで接近した場合には、橋は自車両の上方に存在するためレーダでは検出されないが、自車両が衝突する虞は無いため検出されなくても構わない。
　このように、距離が近いほど、配置間隔が広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標を検出することにより、最適な組み合わせを用いて物標を検出することができる。
　また、本発明においては、前記検出手段は、検出される物標の距離に応じて、受信アンテナの組み合わせを変更することができる。
　すなわち、物標の距離が検出されたときに、その距離に応じて受信アンテナの組み合わせを変えて、もう一度物標を検出する。上述のように、距離によっては物標を精査したい場合もあれば、そうでない場合もある。例えば受信アンテナの間隔が狭い組み合わせを用いて物標が検出されたときに、その距離が近い場合には、受信アンテナが広い組み合わせを用いて物標を再度検出する。これにより、物標の距離に応じて最適な組み合わせを選択することができる。
　また、受信アンテナの間隔が中心周波数の波長の１／２以上である場合には、位相の折り返しにより物標の位置がずれて検出されることがある。この場合、検出された位置が正しいのか否かを、その受信アンテナの組み合わせだけで判断することは困難である。これに対し、より間隔の広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標を検出し、このときに物標が同じ位置に検出されれば、その位置が正しい位置であると判断することができるし、異なる位置に検出されれば、その位置は誤った位置であると判断することができる。また、位置がずれて検出されていたと判断された場合には、正しい位置を演算することができるので、間隔が広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標の位置を特定することができる。
　なお、まず間隔の狭い受信アンテナの組み合わせを用いて物標の大まかな方位を検出した後に、間隔の広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標を精密に検出しても良く、この順番を逆にしても良い。
　また、本発明においては、前記変更手段は、自車両の速度に応じて、受信アンテナの組み合わせを変更することができる。ここで、自車両の速度が速いほど、物標に早く衝突することになるため、より高精度のアンテナの組み合わせが要求される。
　また、本発明においては、前記受信アンテナは水平方向に３つ以上配列され、前記検出手段は水平方向に配列される３つ以上の受信アンテナを用いて水平方向の方位を検出し、その後、上下方向にずれて配列される受信アンテナを用いて上下方向の方位を検出することができる。
　水平方向に配列される３つ以上の受信アンテナにより、物標の水平方向に対する方位を検出できる。このときには、モノパルス方式以外の高分解能処理を用いることができる。物標の水平方向に対する方位を３つ以上の受信アンテナを用いて検出することにより、水平方向の方位をより正確に検出することが可能である。そして、斜め方向に配列される受信アンテナを用いることにより、物標の上下方向の方位を検出することができる。この物標の上下方向の方位及び物標までの距離等から物標の三次元座標を特定することができる。すなわち、水平方向に３つ以上配列された受信アンテナを用いれば、水平方向に２つ配列された受信アンテナを用いる場合よりも、物標の水平方向の方位をより高精度に検出することができる。そして、まず水平方向の方位を高精度に検出した上で、上下方向にずれて配列されている受信アンテナを用いて上下方向の方位を求めることができる。そして、受信アンテナの組み合わせを変更して水平方向及び上下方向の方位を複数回検出し、これらを比較することで、物標の検出精度をより高めることができる。
　また、本発明においては、前記検出手段は、物標の相対速度及び距離に基づいて得られる物標が衝突するまでの時間に応じて前記組み合わせを変更することができる。
　物標の距離を相対速度で除することにより、物標が衝突するまでの時間（ＴＴＣ）を推定することができる。この時間が短いほど、より高精度に物標を検出することが要求される。すなわち、物標が衝突するまでの時間が短い場合には、間隔がより広い受信アンテナの組み合わせを用いて高精度に物標を検出すれば良い。一方、物標が衝突するまでの時間が長い場合には、間隔がより狭い受信アンテナの組み合わせを用いることで、物標の大体の位置を把握しておき、且つ広い範囲で物標が存在するか否か検出しておけば、他の物標を新たに検出し易くなる。例えば、受信アンテナのいずれかの組み合わせで検出されるＴＴＣに基づいて、受信アンテナの組み合わせを変更した後、再度物標を検出しても良い。
　なお、自車両の前を走行する他車両と所定の距離を保ちつつ追従するシステムを備えている場合には、該他車両が所定の距離に近づくまでの時間に応じて前記組み合わせを変更しても良い。
　また、本発明においては、運転者を支援するための運転支援システムの種類に応じて前記組み合わせを変更することができる。
　運転支援システムとは、例えば、運転者に代わって車両を制御したり、または衝突に備えて運転者を保護したりするシステムである。これらのシステムでは、物標を検出する必要のある距離や方位が夫々異なるため、受信アンテナの最適な組み合わせが夫々異なる。これらのシステムに応じて受信アンテナの組み合わせを変更すれば、システムに応じた最適な組み合わせを選択することができる。
　なお、前記運転支援システムは、衝突を回避するか又は衝突の被害を軽減するプリクラッシュセーフティシステム、自車両の前を走行する他車両と所定の距離を保ちつつ追従する先行車追従制御システム、又は自車両が走行している車線からの逸脱を防止するレーンキープアシストシステムの少なくとも１つであっても良い。
　これらのシステムを複数備えて、夫々のシステムに応じて受信アンテナの組み合わせを変更しても良い。また、これらの中のシステムを１つ備えて、該システムに応じた受信アンテナの組み合わせを用いても良い。いずれの場合であっても、夫々のシステムの中で受信アンテナの組み合わせを変更し、精度を高めることができる。
　また、本発明においては、前記検出手段は、周辺環境に応じて前記組み合わせを変更することができる。
　周辺環境とは、例えば、道路の形状や、自車両が走行している道路と他の道路との関係などを挙げることができる。例えば、交差点では、左右から他車両や人が飛び出してくる虞があるため、より広角な範囲を検出可能な受信アンテナの組み合わせを用いれば、これらを検出することができる。周辺環境は、例えば、レーダにより得ることもできるし、ナビゲーションシステムにより得ることもできる。
　また、例えば、自車両が右折又は左折をしようとしているときには、進行方向が大きく変わるため、物標の検出が要求される範囲も大きく変わる。このときに、進行方向に合わせて検出範囲を変更すれば良い。カーブを走行する場合も同様である。例えば、自車両の方向指示器を操作した場合に、その方向を含む広角の範囲を検出可能な受信アンテナの組み合わせを選択しても良い。
　また、例えば、自車両が走行しているのが一般道であるのか、高速道路であるのかによって、受信アンテナの組み合わせを変更しても良い。例えば、高速道路では、その上を横切る橋や、看板が多く存在するため、より遠くの物標を検出する機会が多い。このため、間隔の狭い受信アンテナの組み合わせをより多く用いて物標を検出すれば良い。このような場合であっても、間隔の広い受信アンテナの組み合わせを併用することで精度をより高めることができる。
　本発明によれば、様々な物標をより正確に検出することができる。
実施例に係る障害物検出装置の概略構成図である。 実施例１に係る受信アンテナの配列を示した図である。 自車両の後方から見た受信アンテナの配列方向と物標の位置との関係の一例を示した図である。 実施例１に係る物標の検出フローを示したフローチャートである。 実施例３に係る受信アンテナの配列を示した図である。 実施例３に係る物標の検出フローを示したフローチャートである。
　以下、本発明に係る障害物検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
　図１は本実施例に係る障害物検出装置１の概略構成図である。この障害物検出装置１は、車両の前部に搭載され、自車両の前方に物標が存在することを検出し、さらには該物標までの距離や相対速度、方位等を検出するものである。送信電波にはミリ波が用いられている。障害物検出装置１は、発振器２、送信アンテナ３、受信アンテナ部４、ミキサ５、フィルタ６、Ａ／Ｄ変換器７、及びＥＣＵ１０を備えて構成されている。
　発振器２は、中心周波数がＦ０（たとえば７６．５ＧＨｚ）のミリ波帯の周波数で発振し、周波数が三角波状に変化するように周波数変調された信号を出力する。送信アンテナ３は、発振器２からの送信信号に従ってレーダ波を送信する。
　受信アンテナ部４は、送信アンテナ３から送信されたレーダ波が物体で反射した反射波を受信する。受信アンテナ部４は、アレイアンテナであり、第１受信アンテナ４ａ，第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，及び第４受信アンテナ４ｄからなる。そして、夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、夫々上下方向に配列される複数のパッチアンテナにより構成されている。受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの配列については後述する。なお、本実施例では、第１受信アンテナ４ａ，第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，及び第４受信アンテナ４ｄが、本発明における受信アンテナに相当する。なお、受信アンテナは３つ以上あれば良い。
　ミキサ５は、夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ毎に設けられ、発振器２からのローカル信号が入力されている。夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからの受信信号は、このローカル信号と混合され中間周波数にダウンコンバートされる。このダウンコンバートにより、ビート信号（送信信号と受信信号との差信号）が得られる。
　フィルタ６は、夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ毎に設けられ、ミキサ５の出力から不要な信号成分を除去する。Ａ／Ｄ変換器７も、夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ毎に設けられ、フィルタ６の出力をサンプリングすることで受信データを生成する。
　ＥＣＵ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ、該ＣＰＵで実行されるプログラムやデータテーブルが格納されるＲＯＭ、ワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ、入出力インタフェース等を備えて構成されている。例えば、ＥＣＵ１０は、発振器２を起動し、発振器２の動作中に得られる各受信データに基づき、物標の位置や相対速度を求める処理を実行する。さらに、ＥＣＵ１０は、検出される物標の方位、距離、相対速度の各情報に基づいて、警報装置１１を制御する。警報装置１１は、車両の運転者に対して例えば音または光などを用いて障害物の存在を警告する装置である。なお、物標の方位、距離、相対速度に応じて、シートベルトプリテンショナやエアバッグ、ブレーキ、スロットル等を駆動しても良い。
　ここで、三角波変調ＦＭ－ＣＷ方式について説明する。相対速度が零のときのビート周波数をＦＲ、相対速度に基づくドップラー周波数をＦＤ、周波数が増加する区間（アップ区間）のビート周波数をＦＢ１、周波数が減少する区間（ダウン区間）のビート周波数をＦＢ２とすると、以下の関係が成り立つ。
　ＦＢ１＝ＦＲ－ＦＤ
　ＦＢ２＝ＦＲ＋ＦＤ
　したがって、変調サイクルのアップ区間とダウン区間のビート周波数ＦＢ１およびＦＢ２を別々に測定すれば、次式からＦＲおよびＦＤを求めることができる。
　ＦＲ＝（ＦＢ１＋ＦＢ２）／２
　ＦＤ＝（ＦＢ２－ＦＢ１）／２
　そして、ＦＲおよびＦＤが求まれば、目標物の距離Ｒと速度Ｖを次式により求めることができる。
　Ｒ＝（Ｃ／（４・ΔＦ・ＦＭ））・ＦＲ
　Ｖ＝（Ｃ／（２・Ｆ０））・ＦＤ
　ただし、Ｃは光の速度、ＦＭはＦＭ変調周波数、ΔＦは変調幅、Ｆ０は中心周波数である。
　そして、物標の方位は、位相モノパルス方式で算出することができる。ここで、２つの受信アンテナに正面から角度θで入射する反射波が検出される場合を例に説明すると、両受信アンテナで受信された反射波の位相差φから、物標の方位角θは下式に基づいて算出される。
　θ＝ｓｉｎ－１（λφ／２πＤ）
　ただし、Ｄは両受信アンテナの間隔であり、λは送信波の波長である。
　しかし、両受信アンテナの間隔Ｄがλ／２より長い値に設定されていると、位相の折り返しが発生し、物標の方位角θは次式で表される複数の候補の何れかとなり、一意に定まらなくなる。
　θ＝ｓｉｎ－１｛λ（φ＋２πＫ）／２πＤ｝、（Ｋ＝０，１，２，・・・）
　そこで本実施例では、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの中で斜め方向となる組み合わせを複数用いて、物標の方位を特定している。
　図２は、本実施例に係る受信アンテナの配列を示した図である。第１受信アンテナ４ａ、第２受信アンテナ４ｂ、第３受信アンテナ４ｃ、及び第４受信アンテナ４ｄは、同一平面上に設けられている。なお、図２は、夫々の受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの中心点を示している。
　図２において、第１受信アンテナ４ａの水平方向に第４受信アンテナ４ｄが配置されている。また、第２受信アンテナ４ｂの水平方向に第３受信アンテナ４ｃが配置されている。そして、第１受信アンテナ４ａ及び第４受信アンテナ４ｄの間に、第２受信アンテナ４ｂ及び第３受信アンテナ４ｃが、該第１受信アンテナ４ａ及び第４受信アンテナ４ｄよりも上方にずれて配置されている。そうすると、第１受信アンテナ４ａ及び第４受信アンテナ４ｄに対して、第２受信アンテナ４ｂ及び第３受信アンテナ４ｃは、夫々斜め上方に配置されていることになる。
　受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのなかの２つを選択して組み合わせたときに、配列方向が斜め方向となる組み合わせを、図２において実線で示している。すなわち、斜め方向となる組み合わせとしては、第１受信アンテナ４ａと第２受信アンテナ４ｂとによるもの（ＣＨ１２とする）、第１受信アンテナ４ａと第３受信アンテナ４ｃとによるもの（ＣＨ１３とする）、第２受信アンテナ４ｂと第４受信アンテナ４ｄとによるもの（ＣＨ２４とする）、第３受信アンテナ４ｃと第４受信アンテナ４ｄとによるの（ＣＨ３４とする）、の４通りが考えられる。
　そして、図２において、ＣＨ１２，ＣＨ１３，ＣＨ２４，ＣＨ３４の配列方向の水平方向に対する角度を夫々Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ２４，Ｒ３４で示している。ここで、ＣＨ１２とＣＨ１３とを比較すると、間隔はＣＨ１２のほうが狭く、ＣＨ１３のほうが広い。同様に、ＣＨ２４とＣＨ３４とを比較すると、間隔はＣＨ３４のほうが狭く、ＣＨ２４のほうが広い。すなわち、ＣＨ１３やＣＨ２４に対して、ＣＨ１２やＣＨ３４は、広角の範囲で物標の検出が可能となる。逆に、ＣＨ１２やＣＨ３４に対して、ＣＨ１３やＣＨ２４は、狭角の範囲でより精度の高い物標の検出が可能である。
　そこで本実施例では、ＣＨ１２及びＣＨ３４を用いて物標の大まかな位置を求めた後に、ＣＨ１３及びＣＨ２４を用いて物標の位置を精査する。
　ここで、図３は、自車両の後方から見た受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの配列方向と物標の位置との関係の一例を示した図である。横軸は物標の横位置を示しており、これは自車両の真横方向の距離に相当する。また、縦軸は上下方向の高さを示している。そして、ＣＨ１２の配列方向及びＣＨ３４の配列方向に対して夫々座標軸を設定している。
　まず、ＣＨ１２の配列方向における物標の横位置Ｘ１２を、モノパルス方式により算出する。同様に、ＣＨ３４の配列方向における物標の横位置Ｘ３４を、モノパルス方式により算出する。そして、物標の高さＺと横位置Ｘとは次式により算出することができる。
　Ｘ＝Ｘ１２・ｃｏｓＲ１２＋Ｘ３４・ｃｏｓＲ３４
　Ｚ＝Ｘ１２・（－ｓｉｎＲ１２）＋Ｘ３４・ｓｉｎＲ３４
　次に、ＣＨ１３の配列方向における物標の横位置Ｘ１３を、モノパルス方式により算出する。同様に、ＣＨ２４の配列方向における物標の横位置Ｘ２４を、モノパルス方式により算出する。そして、物標の高さＺと横位置Ｘとを次式により算出する。
　Ｘ＝Ｘ１３・ｃｏｓＲ１３＋Ｘ２４・ｃｏｓＲ２４
　Ｚ＝Ｘ１３・（－ｓｉｎＲ１３）＋Ｘ２４・ｓｉｎＲ２４
　そして、ＣＨ１２及びＣＨ３４と、ＣＨ１３及びＣＨ２４と、から夫々得られる物標の横位置Ｘと高さＺを比較する。すなわち、ＣＨ１３及びＣＨ２４では物標の検出精度は高いものの、位相の折り返しが生じる場合がある。これに対し、ＣＨ１２及びＣＨ３４では、位相の折り返しが生じないように受信アンテナを配置しておけば、検出精度は低いものの、広角の範囲で物標の位置を検出することができる。そして、例えば広角の範囲で物標の大体の位置を求めておき、この位置に対してＣＨ１３やＣＨ２４で得られる物標の位置が近ければ、該ＣＨ１３やＣＨ２４で得られる物標の位置が実際の物標の位置であると特定できる。また、ＣＨ１２やＣＨ３４により得られる物標の位置に対して、ＣＨ１３やＣＨ２４がずれている場合には、位相の折り返しが生じていると判断することができ、この場合には、そのずれ量を演算することができるため、ＣＨ１３やＣＨ２４で得られる物標の位置に対して該ずれ量を加えた位置を、実際の物標の位置として特定できる。
　このように、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変えて物標を検出することにより、物標の検出精度を向上することができる。これにより、高さが殆どない鉄板等が道路上に敷かれていても、障害物とは認識されないため、必要のない警報等が行なわれることを抑制できる。
　次に、図４は、本実施例に係る物標の検出フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により繰り返し実行される。
　ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、第１受信アンテナ４ａ及び第２受信アンテナ４ｂからモノパルス方式により、ＣＨ１２の配列方向における物標の横位置Ｘ１２を算出する。
　ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、第３受信アンテナ４ｃ及び第４受信アンテナ４ｄからモノパルス方式により、ＣＨ３４の配列方向における物標の横位置Ｘ３４を算出する。
　ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、ＣＨ１２の配列方向における物標の横位置Ｘ１２と、ＣＨ３４の配列方向における物標の横位置Ｘ３４と、から、物標の高さＺと横位置Ｘとを算出する。
　ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、第１受信アンテナ４ａ及び第３受信アンテナ４ｃからモノパルス方式により、ＣＨ１３の配列方向における物標の横位置Ｘ１３を算出する。
　ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、第２受信アンテナ４ｂ及び第４受信アンテナ４ｄからモノパルス方式により、ＣＨ２４の配列方向における物標の横位置Ｘ２４を算出する。
　ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、ＣＨ１３の配列方向における物標の横位置Ｘ１３と、ＣＨ２４の配列方向における物標の横位置Ｘ２４と、から、物標の高さＺと横位置Ｘとを算出する。
　ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３及びステップＳ１０６で算出される物標の高さＺを比較して物標の高さＺを特定する。なお、本実施例ではステップＳ１０１からステップＳ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における検出手段に相当する。
　ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、物標が警報対象であるか否か判定する。すなわち、物標の高さＺが閾値以上であるか否か判定される。そして、ステップＳ１０８で肯定判定がなされる場合、すなわち、物標が警報対象であると判定される場合には、ステップＳ１０９へ進み、警報装置１１を作動させる。一方、ステップＳ１０８で否定判定がなされる場合、すなわち、物標が警報対象でないと判定される場合には、本ルーチンを終了させる。
　以上説明したように本実施例によれば、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変えて物標を複数回検出した結果を比較することで、物標の高さＺを精度良く求めることができる。これにより、車両が通り過ぎることのできる鉄板などが道路上に敷かれていたとしても、障害物とは識別されないため、必要のない警報等が行なわれることを抑制できる。また、斜め方向の受信アンテナを複数組み合わせることで、上下方向に受信アンテナを配置した場合と比較して、装置を小型化することができる。
　なお、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの中の水平方向の組み合わせと、斜め方向の組み合わせと、に基づいて高さＺ及び横位置Ｘを算出しても良い。例えば、第１受信アンテナ４ａと第４受信アンテナ４ｄとの組み合わせ（ＣＨ１４とする）、または第２受信アンテナ４ｂと第３受信アンテナ４ｃとの組み合わせ（ＣＨ２３とする）、のいずれか一方と、ＣＨ１２，ＣＨ１３，ＣＨ２４，ＣＨ３４のいずれか１つと、により高さＺ及び横位置Ｘを算出しても良い。
　本実施例においては、物標までの距離、又は自車両が物標に衝突するまでの時間に応じて、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変更する。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。なお、自車両が物標に衝突するまでの時間（以下、ＴＴＣとする。）は、（距離／相対速度）により算出する。
　具体的には、物標までの距離が近い範囲ほど、又はＴＴＣが短い範囲ほど、間隔の広い受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを用いて物標を検出する。図２に示した例では、ＣＨ１３及びＣＨ２４により近距離の範囲又はＴＴＣが短い範囲の物標を検出し、ＣＨ１２及びＣＨ３４により遠距離の範囲又はＴＴＣが長い範囲の物標を検出する。これは、距離が近い範囲は距離が遠い範囲よりも、上下方向及び水平方向における間隔が広い受信アンテナを組み合わせているといえる。なお、所定の時間毎に、受信アンテナの組み合わせを変更しても良い。
　このようにすることで、物標が衝突する虞が高い範囲で、物標の検出を高精度で行うことができるため、物標が衝突することを抑制できる。また、鉄板などの物標の場合であっても、高精度に検出することができるため、不必要な警報などが行なわれることを抑制できる。
　図５は、本実施例に係る受信アンテナの配列を示した図である。本実施例では、実施例１と比較して、受信アンテナの配列が異なる。また、物標の三次元座標を特定するときのＥＣＵ１０における処理が異なる。その他の装置については実施例１と同じため説明を省略する。なお、本実施例では、第１受信アンテナ４ａ，第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，及び第４受信アンテナ４ｄが、本発明における受信アンテナに相当する。
　ここで、第２受信アンテナ４ｂと水平に第３受信アンテナ４ｃ及び第４受信アンテナ４ｄが配置されている。そして、第１受信アンテナ４ａに対して、第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，第４受信アンテナ４ｄは斜め上方に配置されている。
　受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの中の２つを選択して組み合わせたときに、配列方向が斜め方向となる組み合わせを、図５において実線で示している。すなわち、斜め方向となる組み合わせとしては、第１受信アンテナ４ａと第２受信アンテナ４ｂとによるもの（ＣＨ１２とする）、第１受信アンテナ４ａと第３受信アンテナ４ｃとによるもの（ＣＨ１３とする）、第１受信アンテナ４ａと第４受信アンテナ４ｄとによるもの（ＣＨ１４とする）、の３通りが考えられる。
　また、受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの水平方向の組み合わせとしては、第２受信アンテナ４ｂと第３受信アンテナ４ｃとによるもの（ＣＨ２３とする）、第３受信アンテナ４ｃと第４受信アンテナ４ｄとによるもの（ＣＨ３４とする）、第２受信アンテナ４ｂと第４受信アンテナ４ｄとによるもの（ＣＨ２４とする）、の３通りが考えられる。さらに、水平方向では、第２受信アンテナ４ｂと第３受信アンテナ４ｃと第４受信アンテナ４ｄとの３つを組み合わせたもの（ＣＨ２３４とする）も考えられる。
　まず、第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，及び第４受信アンテナ４ｄから水平方向に対する物標の方位βを算出する。すなわち、ＣＨ２３，ＣＨ３４，ＣＨ２４，又はＣＨ２３４を用いて、位相モノパルス方式に基づいて求めた方位を組み合わせることにより、物標の有無の判定と併せて水平方向に対する物標の方位βを算出する。このときには、振幅モノパルス方式を採用しても良い。さらに、ＤＢＦまたはＭＵＳＩＣといった高分解能処理を採用しても良い。このように、３つの受信アンテナ４ｂ，４ｃ，４ｄを用いて水平方向に対する物標の方位βを検出することで、検出精度を高めることができる。
　次に、水平方向に対するＣＨ１２の配列方向の角度をＲ１２として、ＣＨ１２の配列方向に対する物標の方位β’をモノパルス方式により算出する。そして、次式により物標の上下方向の方位に相当する垂直角θを算出する。
　θ＝ｔａｎ－１｛（ｔａｎβｃｏｓＲ１２－ｔａｎβ’）／ｓｉｎＲ１２｝
　そして、垂直角θと、物標までの距離と、水平方向に対する物標の方位βと、から物標の三次元座標を得ることができる。そして、物標の高さが閾値よりも低い場合には障害物として識別しないようにする。これにより、高さが殆どない鉄板などが道路上に敷かれていても、障害物とは識別されないため、必要のない警報等が行なわれることを抑制できる。
　図６は、本実施例に係る物標の検出フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により繰り返し実行される。なお、図４に示したフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
　ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、第２受信アンテナ４ｂ，第３受信アンテナ４ｃ，及び第４受信アンテナ４ｄから、例えば位相モノパルス方式により、物標の水平方向の方位βを算出する。
　ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、第１受信アンテナ４ａ及び第２受信アンテナ４ｂからモノパルス方式により、ＣＨ１２における配列方向に対する物標の方位β’を算出する。その後ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、物標の垂直角θを算出し、その後、ステップＳ２０４へ進む。
　ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、物標の三次元座標を特定する。本ステップでは、垂直角θ、方位β及び距離から物標の三次元座標を算出する。その後、ステップＳ１０８へ進む。
　同様にして、ＣＨ１２に代えてＣＨ１３またはＣＨ１４の配列方向に対する物標の方位を用いて物標の垂直角θを算出する。そして、ＣＨ１２と、ＣＨ１３またはＣＨ１４と、により得られた垂直角θを比較することにより、物標の垂直角θの検出精度を向上させることができる。なお、本実施例ではステップＳ２０１からステップＳ２０４を処理するＥＣＵ１０が、本発明における検出手段に相当する。
　以上説明したように本実施例によれば、水平方向に配列された複数の受信アンテナの組み合わせにより、物標の水平方向の位置を精度良く検出できる。このため、自車両の前方に複数の物標が存在していても、それらを正確に検出することができる。また、斜め方向に配列された受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにより物標の高さを精度良く求めることができる。これにより、高さが殆どなく自車両が通り過ぎることのできる鉄板などが道路上に敷かれていても、障害物とは識別されないため、必要のない警報等が行なわれることを抑制できる。また、装置を小型化することができる。
　本実施例では、運転支援システムを複数備えており、運転支援システム毎に受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変更する。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。
　運転支援システムとは、例えば、物標が衝突する虞のあるときにブレーキをかけたり警報を発したりする更には衝突に備えるシステム（プリクラッシュセーフティシステム。以下、ＰＣＳという。）、自車両の前を走行する他車両と所定の距離を保ちつつ追従するシステム（先行車追従制御システム。以下、ＡＣＣという。）、車線からの逸脱を防止するシステム（レーンキープアシストシステム。以下、ＬＫＡという。）を挙げることができる。これらのシステムは全て備えている必要はない。また、他の運転支援システムを備えていても良い。
　たとえばＰＣＳでは、鉄板など自車両が通過することが可能な物標では、衝突回避などの処理を行なわないようにしたい。そのため、近距離における物標の精度を高めるように、実施例１または実施例２で説明した処理を行う。
　また、ＡＣＣでは、自車両と他車両との間に設けられる所定の距離を精度良く検出することが可能な組み合わせを選択する。さらに、ＬＫＡでは、例えば道路に描かれている線を検出して、自車両が車線内に位置するように操舵制御が行われるため、該車線上を精度良く検出すれば良い。すなわち、間隔の広い組み合わせを用いて狭角の範囲で物標を検出する機会を多くする。
　このように、運転支援システムの種類によって、物標を検出する必要のある距離や方位が異なるため、受信アンテナの最適な組み合わせが夫々異なる。これらのシステムに応じて受信アンテナの組み合わせを変更すれば、システムに応じた最適な組み合わせを選択することができる。これにより、運転支援システムの精度を向上させることができる。
　なお、それぞれのシステムが実行されている場合に、そのシステムに最適な受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせにより物標を検出する機会を多くするのであって、他の組み合わせも補助的に用いて物標を検出する。これにより、物標の検出精度をより高めることができる。受信アンテナの組み合わせの切替頻度や、どの組み合わせを用いるのかは、実験等により求めても良い。
　また、本実施例では、複数の運転支援システムを備えているが、この中の１つだけを備えており、該システムに最適な受信アンテナの組み合わせを予め設定しておいても良い。
　本実施例では、自車両の周辺環境又は走行状況に応じて受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変更する。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。
　例えば、交差点を右折又は左折するときには、進行方向が大きく変化する。このときの進行方向には、他の車両や人が存在する可能性があるため、より広角な範囲で物標を検出する機会を多くする。この場合、より間隔の狭い受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを用いる。例えば、自車両が交差点を通過するときに、より間隔の狭い受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを用いても良い。
　自車両の周辺環境は、例えば、ナビゲーションシステムを用いて検出することができる。このナビゲーションシステムには、ＧＰＳ装置が備えられ、該ＧＰＳ装置により自車両の現在位置を測位することができる。そして、ナビゲーションシステムに地図情報を記憶させておき、自車両の現在位置を地図情報に照らし合わせることで、自車両の周辺環境を得ることができる。
　また、例えば、自車両が右折や左折をするとき、進路変更をするとき、カーブを走行するときに、より広角な範囲を検出可能な組み合わせを選択しても良い。ここで、右左折をすることは、例えば運転者が方向指示器を操作することにより検出することができる。また、操舵角により進行方向を検出することもできる。
　このように自車両の周辺環境又は走行状況に応じて受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを変更することで、そのときの状況に応じた受信アンテナ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの組み合わせを選択することができる。このような場合であっても、他の組み合わせを補助的に用いて物標を検出することにより、物標の検出精度をより高めることができる。
１     障害物検出装置
２     発振器
３     送信アンテナ
４     受信アンテナ部
４ａ   第１受信アンテナ
４ｂ   第２受信アンテナ
４ｃ   第３受信アンテナ
４ｄ   第４受信アンテナ
５     ミキサ
６     フィルタ
７     Ａ／Ｄ変換器
１０   ＥＣＵ
１１   警報装置

Claims (8)

  1. 　受信アンテナを水平方向に複数配列しその一部が上下方向にずれて配列され、物標の水平方向の方位及び上下方向の方位を検出する受信アンテナの組み合わせを複数有する受信アンテナ部と、
    　前記受信アンテナの組み合わせを変えて物標を複数回検出する検出手段と、
    を備えることを特徴とする障害物検出装置。
  2. 　前記検出手段は、距離が近いほど、配置間隔が広い受信アンテナの組み合わせを用いて物標を検出することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  3. 　前記検出手段は、検出される物標の距離に応じて、受信アンテナの組み合わせを変更することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  4. 　前記受信アンテナは水平方向に３つ以上配列され、前記検出手段は水平方向に配列される３つ以上の受信アンテナを用いて水平方向の方位を検出し、その後、上下方向にずれて配列される受信アンテナを用いて上下方向の方位を検出することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  5. 　前記検出手段は、物標の相対速度及び距離に基づいて得られる物標が衝突するまでの時間に応じて前記組み合わせを変更することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  6. 　運転者を支援するための運転支援システムの種類に応じて前記組み合わせを変更することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
  7. 　前記運転支援システムは、衝突を回避するか又は衝突の被害を軽減するプリクラッシュセーフティシステム、自車両の前を走行する他車両と所定の距離を保ちつつ追従する先行車追従制御システム、又は自車両が走行している車線からの逸脱を防止するレーンキープアシストシステムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項６に記載の障害物検出装置。
  8. 　前記検出手段は、周辺環境に応じて前記組み合わせを変更することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
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