JP2008233052A - レーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】レーダ反射断面積を精度よく演算するレーダシステムを提供する。
【解決手段】本発明は、目標物に向けて電波を送信して、反射してきた電波を受信して信号として出力するレーダ装置１８と、前記信号を入力し、前記信号に基づき目標物までの距離と目標物のレーダ反射断面積を演算する演算手段と、前記演算したレーダ反射断面積を前記目標物までの距離に応じて補正する補正手段１０を備えたレーダシステムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダシステム、特にACCシステムや衝突被害軽減ブレーキシステムに適用するレーダシステムの改良に関するものである。

レーダ装置を用いてターゲットを精度よく認識するシステムとして特許文献１に記載のものがある。

この技術は、レーダシステムにおいて、アナログ回路の出力信号をディジタル形式に変換するA/D変換器に、そのダイナミックレンジを越える強度の過大な反射波が入力されたことを検出して、その強度に応じて入力増幅情報を補正するものである。

ここで、レーダシステムは、ターゲットに向けた送信電力に対して反射してきた信号の受信電力の大きさでターゲットを認識する。距離Rangeに存在するターゲットからの受信電力は式（１）に示すようにターゲットのレーダ反射断面積(RCS:Rader Cross Section)に比例し、ターゲットとの距離Rangeの４乗に反比例する。

したがって、そのターゲットから受信した信号の受信電力と、そのターゲットとの距離とを用いて、ターゲットのレーダ反射断面積を算出することができる。
特開2005-134266号公報

しかしながら、ターゲットが車両の場合のレーダ反射断面積は、ターゲットとの距離が近くなるほど小さくなり、特にトラックのようにレーダ送信アンテナの取り付け位置が高い場合に、ターゲットが、例えば乗用車であると、ターゲットとの距離が近くなるほどターゲットがレーダ検知範囲の死角に入り込み、レーダ反射断面積が小さくなり、レーダ装置がターゲットを認識できなくなる虞がある。

本発明においては、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決するレーダシステムを提供することを目的とする。

第１の発明は、目標物に向けて電波を送信して、反射してきた電波を受信して信号として出力するレーダ装置と、前記信号を入力し、前記信号に基づき目標物までの距離と目標物のレーダ反射断面積を演算する演算手段と、前記演算したレーダ反射断面積を前記目標物までの距離に応じて補正する補正手段とを備えたことを特徴とするレーダシステムである。

第２の発明は、第１の発明において、前記補正手段が、前記レーダ装置の検知範囲外に前記目標物が位置することによる前記レーダ反射断面積の低下を補正することを特徴とするレーダシステムである。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記補正手段が、前記目標物までの距離が近いほど前記レーダ反射断面積の補正量を増大させることを特徴とするレーダシステムである。

第４の発明は、第１から第３の発明のいずれか一つにおいて、前記補正手段が、前記レーダ反射断面積の補正量を予めマップとして記憶しておくことを特徴とするレーダシステムである。

第５の発明では、第１の発明において、前記補正手段は、補正したレーダ反射断面積が前記目標物の適正なレーダ反射断面積に相当する所定値以上の場合に目標物と判定することを特徴とするレーダシステムである。

第６の発明は、第５の発明において、前記補正手段が、前記レーダ反射断面積の演算回数と前記目標物までの距離に応じて前記所定値を切り換えることを特徴とするレーダシステムである。

第７の発明は、第６の発明において、前記補正手段が、前記レーダ反射断面積の演算が１回目の演算であり、かつ前記目標物までの距離が所定距離以下の場合に前記所定値を第１所定値として、前記レーダ反射断面積の演算が１回目の演算でなく、または前記目標物までの距離が所定距離を超える場合に前記所定値を前記第１所定値より小さい第２所定値とすることを特徴とするレーダシステムである。

第８の発明は、第７の発明において、前記補正手段が、前記第２所定値を前記目標物の適正なレーダ反射断面積に相当する所定値とすることを特徴とするレーダシステムである。

第１から５の発明では、演算したレーダ反射断面積を目標物までの距離に応じて補正するため、目標物のレーダ反射断面積を適正に演算することができる。

第６から第８の発明では、レーダ反射断面積の演算回数と前記目標物までの距離に応じて、目標物と判定する所定値を切り換えるため、ノイズ信号をキャンセルし、レーダ反射断面積の演算精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のレーダシステムを適用するアダプティブクルーズコントロール（以下、ACCという）のシステム図である。

図において、１０はACCシステムを統合制御する電子制御ユニットであり、先行車との車間距離が目標車間距離を維持するように車両の制駆動力を制御する車間距離制御系１１を備えている。車間距離制御系１１は、目標車間距離を維持するべく、車速指令及び制動指令をエンジンECU１５、変速機ECU１７及びブレーキECU２０等に出力する。

１２は、ACCシステムの操作系を示しており、メインスイッチのほか、各種機能スイッチから構成される。１３は、ACCシステムの表示系であり、各種のACC情報を表示する。１４は、ブザーであり、先行車との距離が近づいて目標車間距離を維持できない場合等に運転者に注意を促すために警告音を発する。

さらにACCシステムは、電子制御ユニット１０からの車速指令に基づいて車速制御系が燃料噴射系の燃料噴射量及びエキゾーストブレーキのオン／オフを制御するエンジンECU１５を備える。また１６は電子制御ユニット１０からの制動指令に基づいてリターダを制御するリターダECUであり、１７は電子制御ユニット１０からの車速指令に応じて変速機の変速比を制御する変速機ECUである。

車両は、ミリ波帯の電磁波を送信する送信部と先行車から反射した電磁波を受信する受信部を備え、先行車との車間距離を検出するレーダ装置１８と、車両の重心点回りの角加速度を検出するヨーレートセンサ１９とを備えており、これらは電子制御ユニット１０の車間距離制御系にCANバスを通じて接続される。

各車輪に備えられたブレーキユニットを自動制御するブレーキECU２０が設置され、レーダ装置１８により検出された先行車との車間距離や受信信号強度の信号に基づいて電子制御ユニット１０が制動指令を発し、制動指令に応じてブレーキECU２０が各ブレーキユニットを制御する。

このように構成されたACCシステムにおいて、レーダ装置１８は、先行車に向けて電波を送信し、送信した電波が先行車に反射して戻ってきた電波を受信して、受信した電波の信号強度（受信電力）を電子制御ユニットに送信して、電子制御ユニット１０は信号強度の大きさや車間距離により追従すべき先行車（ターゲット）かどうかを判断している。

信号強度は、式（１）で示されるレーダ方程式を用いて表されることが知られている。レーダ方程式のパラメータとしてレーダ反射断面積（RCS:Rader Cross Section、単位：dBm²）を含んでおり、レーダ方程式から明らかなようにレーダ反射断面積が小さいほど信号強度（受信電力）が小さくなる。

ここで、図２に示すように車間距離X1が十分大きく、先行車が遠い場合には、図中（ａ）で示すように先行車の後部全体がレーダ装置１８の検知範囲として網羅されるため、レーダ反射断面積が大きく追従すべきターゲットとして認識される。しかしながら、車間距離X2が小さく、先行車の後部の一部分しかレーダ装置１８の検知範囲に入らない場合には、レーダ反射断面積が小さくなるため先行車のあるべき信号強度より実際に検出される信号強度が小さくなってしまい、追従すべきターゲットとして認識されない虞が生じる。特にトラックのようにレーダ装置１８の取り付け位置が高い場合には、レーダ装置１８の検知範囲の死角が大きくなり、取り付け位置が低い場合に比較して先行車が同一位置に存在してもレーダ反射断面積が小さく検出されることになる。

図３は、ターゲットのレーダ反射断面積を一定とした場合の車間距離と信号強度との関係を示しており、実線で示すように距離が近くなるほど信号強度が大きくなる傾向を示すが、図２（ｂ）のようにレーダ装置１８の検知範囲外にターゲットの後部の一部が入る場合には、破線で示すようにある距離X1から所定のレーダ反射断面積が検知されない（図中、破線で示す）。

図４は、レーダ反射断面積と車間距離との関係を示しており、ターゲット（目標物）の後面全体がレーダ装置１８の検知範囲として認識される場合には車間距離に係わらずレーダ反射断面積はほぼ一定値を示す（図中、実線で示す）。しかしながら、これまで説明してきたように車間距離が近くなり、ターゲットの後面の一部がレーダ装置１８の検知範囲外となる場合には、レーダ反射断面積が小さくなる。そして、車間距離が近づくほどに検知範囲外の面積が大きくなるとレーダ反射断面積も小さい値となる（図中、破線で示す）。そして、追従すべきターゲットであるか否かを、検出したレーダ反射断面積で判定する場合には、追従すべきターゲットであるにもかかわらず追従すべきでないとの判定が下される虞が生じる。

そこで本発明では、図４にて破線で示す、ターゲットがレーダ装置１８の検知範囲外に存在することによるレーダ反射断面積の低下を適正なレーダ反射断面積に補正する補正量を、検出されたレーダ反射断面積に加算することで、追従すべきターゲットの判定精度を向上させる。

図５は、車間距離とレーダ反射断面積の補正量との関係を示す一例である。図４にて示したように、ターゲットまでの距離が近づくほどにレーダ装置１８の検知範囲外となる範囲が大きくなるとレーダ反射断面積は小さくなる。したがって、補正量としては、ターゲットまでの距離が近くなるほど補正量が大きくなる設定として、補正量は補正後のレーダ反射断面積がターゲットのあるべきレーダ反射断面積、例えば図４に示すレーダ反射断面積Aとなるように設定される。ここでレーダ反射断面積Aはターゲットとすべき車両に応じて設定され、電子制御ユニット１０は、図５に示すような特性をマップとしてターゲットとすべき車両のタイプごとに記憶してもよい。

図６は、本発明のレーダ反射断面積の補正制御を説明するフローチャートである。この制御は、電子制御ユニット１０にて車両走行中に所定間隔で実施される。

まずステップＳ１で、レーダ装置１８が電波を発信してターゲットから反射してきた反射信号を受信する。ステップＳ２で受信した反射信号から信号強度（受信電力）とターゲットまでの距離を算出し、続くステップＳ３でレーダ反射断面積を式（１）を用いて演算する。

ここで演算されたレーダ反射断面積は、レーダ装置１８の検知範囲外に車両の後面の一部が位置する場合のレーダ反射断面積であり、ターゲットのあるべきレーダ反射断面積ではない。そこで、ステップＳ４で、ステップＳ３で演算したレーダ反射断面積を補正する。

ステップＳ４では、ターゲットまでの距離と図５に示すようなマップとからレーダ反射断面積の補正量を算出して、ステップＳ３で演算したレーダ反射断面積に補正量を加算する。補正量を加算した補正レーダ反射断面積をステップＳ５で所定値と比較する。ここで所定値は、ターゲットのあるべきレーダ反射断面積、例えば乗用車で０dBm²程度である。

そして補正レーダ反射断面積が所定値以上であれば、ステップＳ６に進み、ターゲットが乗用車であると判定して、追従すべきターゲットとする。一方、補正レーダ反射断面積が所定値未満であればステップＳ７に進み、追従すべきターゲットでないと判定する。

ステップＳ６で追従すべきターゲットであると判定した場合には、この判定に基づいてACCシステムや衝突被害軽減ブレーキシステムの制御を行う。

このように、検出されたレーダ反射断面積をターゲットとの距離に応じて補正することにより、車間距離が近くなってもターゲット反射断面積を正確に演算して、ターゲットの判定精度を向上することができる。

次に、レーダ装置１８が受信する反射信号の中にノイズが含まれる場合について説明する。レーダ装置１８からターゲットまでの距離が近い場合に、信号にノイズが含まれる可能性が高い。信号にノイズが含まれる場合、ターゲットが存在しない、あるいは遠い位置を走行しているにもかかわらず、ノイズによりターゲットが近距離にいると判定して、この判定に基づいてACCシステムや衝突被害軽減ブレーキシステムが誤作動してしまう。特に、ノイズは、ターゲットまでの距離が近く、かつ１回目のレーダ反射断面積検出時に発生する可能性が高いことが分かっており、したがって、本発明では、図７に示すように、ターゲットまでの距離とレーダ反射断面積検出回数に応じてターゲットを追従すべきか否かを判定する所定値を変更し、ターゲットまでの距離が所定距離より近く、かつ１回目のレーダ反射断面積検出時には判定値を第１所定値に設定し、それ以外の場合には第１所定値より小さい第２所定値に設定してノイズ判定を行う。ここで、１回目のレーダ反射断面積の検出とは、例えば運転者が走行中にACCシステムのスイッチをオンにした直後の検出をいう。

次に図８のフローチャートを用いてノイズ判定制御の内容を説明する。この制御は、電子制御ユニット１０にて車両走行中に所定間隔で実施される。

まずステップＳ１で、レーダ装置１８が電波を発信してターゲットから反射してきた反射信号を受信する。ステップＳ２で受信した反射信号から信号強度（受信電力）とターゲットまでの距離を算出し、続くステップＳ３でレーダ反射断面積を式（１）を用いて演算する。

ここで演算されたレーダ反射断面積は、レーダ装置１８の検知範囲外に車両の後面の一部が位置する場合のレーダ反射断面積であり、ターゲットの後面全体のレーダ反射断面積ではない。そこで、ステップＳ４で、ステップＳ３で演算したレーダ反射断面積を補正する。

ステップＳ４では、ターゲットまでの距離と図５とからレーダ反射断面積の補正量を算出して、ステップＳ３で演算したレーダ反射断面積に補正量を加算する。なお、ターゲットのレーダ反射断面積を記憶しておき、レーダ反射断面積の変化からターゲットの適正なレーダ反射断面積を推定し、推定したレーダ反射断面積からターゲットの車種（車両タイプ）を判定し、判定した車種のマップから補正量を算出するようにしてもよい。

ステップＳ４に続くステップＳ１１で、ステップＳ３で演算したレーダ反射断面積が１回目の演算かどうかを判定する。１回目の演算であればステップＳ１２に進み、車間距離の判定を行う。一方、１回目でない場合にはステップＳ１３に進む。

ステップＳ１２では、ターゲットとの距離を読み込み、車間距離が所定距離以下かどうかを判定する。所定距離より近ければ受信した信号がノイズである可能性があるため、ステップＳ１４に進み、所定距離より遠い場合にはステップＳ１３に進む。ここで、所定距離は、ターゲットのレーダ反射断面積が適正に検出されない、つまりターゲットの後面がレーダ装置１８の検知範囲外に位置する場合の所定距離である。

ステップＳ１４では補正したレーダ反射断面積を第１所定値と比較する。ここで、第１所定値は、実験により求めたノイズを含むレーダ反射断面積のデータを補正して設定した閾値であり、この第１所定値以上であれば反射信号はノイズでないと判定し、ステップＳ６に進み、ステップＳ６で追従すべきターゲットであると判定した場合には、この判定に基づいてACCシステムや衝突被害軽減ブレーキシステムの制御を行う。一方、ステップＳ１４で、補正したレーダ反射断面積が第１所定値未満であればステップＳ７に進み、追従すべきターゲットでないと判定する。

ステップＳ１１、Ｓ１２での条件が不成立の場合に進むステップＳ１３では、補正したレーダ反射断面積を第１所定値より小さい第２所定値と比較する。ここで、第２所定値は、図６のステップＳ５で用いた所定値と同等とする。補正したレーダ反射断面積が第２所定値以上であればステップＳ６に進み、第２所定値未満であればステップＳ７に進む。

このように、レーダ反射断面積の演算が１回目であって、かつターゲットとの距離が所定距離以下である場合には、受信した信号がノイズである可能性があり、この場合の信号は通常のターゲット判定の所定値（第２所定値）より大きい第１所定値を用いて判定するようにした。このような判定方法とすることで、ノイズを確実にキャンセルすることができ、ノイズにより運転者の意図しない急制動が発生することを抑制する。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のレーダ装置を適用するACCのシステム図である。 レーダ装置の課題を説明する図である。 ターゲットとの距離と受信信号強度の関係を示す図である。 ターゲットとの距離とレーダ反射断面積の関係を示す図である。 ターゲットとの距離とレーダ反射断面積の補正量の関係を示す図である。 レーダ反射断面積の補正制御を説明するフローチャートである。 ターゲットとの距離とレーダ反射断面積の所定値との関係を示す図である。 レーダ反射断面積の補正制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 電子制御ユニット
１４ ブザー
１５ エンジンECU
１７ 変速機ECU
１８ レーダ装置
２０ ブレーキECU

Claims (8)

1. 目標物に向けて電波を送信して、反射してきた電波を受信して信号として出力するレーダ装置と、
   前記信号を入力し、前記信号に基づき目標物までの距離と目標物のレーダ反射断面積を演算する演算手段と、
   前記演算したレーダ反射断面積を前記目標物までの距離に応じて補正する補正手段とを備えたことを特徴とするレーダシステム。
2. 前記補正手段は、前記レーダ装置の検知範囲外に前記目標物が位置することによる前記レーダ反射断面積の低下を補正することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
3. 前記補正手段は、前記目標物までの距離が近いほど前記レーダ反射断面積の補正量を増大させることを特徴とする請求項１または２に記載のレーダシステム。
4. 前記補正手段は、前記レーダ反射断面積の補正量を予めマップとして記憶しておくことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のレーダシステム。
5. 前記補正手段は、補正したレーダ反射断面積が前記目標物の適正なレーダ反射断面積に相当する所定値以上の場合に目標物と判定することを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
6. 前記補正手段は、前記レーダ反射断面積の演算回数と前記目標物までの距離に応じて前記所定値を切り換えることを特徴とする請求項５に記載のレーダシステム。
7. 前記補正手段は、前記レーダ反射断面積の演算が１回目の演算であり、かつ前記目標物までの距離が所定距離以下の場合に前記所定値を第１所定値として、前記レーダ反射断面積の演算が１回目の演算でなく、または前記目標物までの距離が所定距離を超える場合に前記所定値を前記第１所定値より小さい第２所定値とすることを特徴とする請求項６に記載のレーダシステム。
8. 前記補正手段は、前記第２所定値を前記目標物の適正なレーダ反射断面積に相当する所定値とすることを特徴とする請求項７に記載のレーダシステム。

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