JP3587466B2 - 車両周辺監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は道路を走行する車両が障害物と接触・衝突することを避けるため、車両周辺に存在する他物体までの距離を計測して運転者に警報を促す車両周辺監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、車両周辺監視装置の車載方法は、バンパカバーの内側に設置される。この際の取付方法はアンテナとバンパとの相対位置、角度を変化させながらアンテナで受信した受信信号の大きさを増幅する増幅器の増幅度で監視し、バンパカバーからの反射量が最小となる位置・角度に固定する。（例えば特許文献１参照）
しかし、発明者らの実験により、送信アンテナから放射された送信波がバンパーで反射し受信アンテナに回り込む反射量は、バンパー表面に付着した水滴や水膜、汚れなどの量によって変動することが判った。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−０７１７８８号公報（段落００３０〜００３８、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両周辺監視装置の送受信アンテナが、車両の外面に設けたカバーの内側に搭載された場合、車種即ちカバー形状の差やカバーの車体への組付状態の変動により、送受信アンテナとカバーの相対位置関係、角度関係が変動する。この変動により、送信アンテナから放射された送信波がカバーで反射され、受信アンテナに回り込む反射量が大きく変動する。また、この反射の変動による影響で、装置からの送信波が安定に外部に放射されない。
従来の車両周辺監視装置は、車両１台毎に、車両への取り付けの際にカバーの反射量が最小となるような位置、角度に取付る（初期調整という）ので、カバーと装置の間隔・角度を個別に調整する必要があり手間がかかるという課題があった。
また、最適な位置・角度に装着したとしても、その後の使用中に、例えば振動や軽度の接触などにより位置・角度に変化が生じた場合は、特性が変わってしまう、あるいは調整しなおす必要があるという課題があった。
また、カバー表面に水滴や水膜、汚れなどが付着すると、反射量が変化するため、初期調整するだけではこのような後から生じた変化に対応できないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記の課題を解消し、カバー内に取り付ける際の位置誤差と角度誤差の許容値が極めて大きく、よって取り付けが極めて容易な車両周辺監視装置を提供することにある。
また、取り付け後の環境条件の変化によるカバーからの反射レベルの変動を極めて小さくすることのできる車両周辺監視装置を提供することにある。
【０００６】
【発明が解決するための手段】
この発明に係る車両周辺監視装置は、指示された周波数の高周波信号を発振する周波数可変発振手段、
前記車両の外面に設けられたカバー内に取り付けられ、前記カバーを透過して前記高周波信号を送信波として送信する送信アンテナと、他物体からの前記送信波の反射波を受信する受信アンテナ、
前記受信した反射波の信号レベルを解析して、前記送信波が前記カバーで反射された第１の反射信号と、前記他物体から反射された第２の反射信号とを識別して、それぞれの受信タイミングと信号レベルとをデータ出力する受信レベル解析部、
前記データを処理して前記他物体までの距離を算出するとともに、前記周波数を変化させた時に前記第１の信号の反射レベルが最小となる周波数を特定し、この周波数を前記周波数可変発振手段に指示するデータ処理部とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両周辺監視装置の構成を示す図である。図１において、車両周辺監視装置１は後述するカバー（バンパー又はバンパカバー７以下まとめてカバーという）を透過して送信波を送信する送信アンテナ２と、バンパカバーを介して車両周辺に存在する物体からの反射波を受信する受信アンテナ３と、送信波を送信する送信回路及び、受信波を受信する受信回路とを有する高周波回路４と、受信した信号のデータ処理を行うともに、送信周波数の指令を行う信号処理回路５を備え、信号処理された信号処理結果は表示器６等により表示され運転者に情報が提供される。
ここで車両周辺監視装置１は車両のバンパカバー７の裏側（内部）に搭載され、上記表示部６は車室内等に設置される。図２はバンパカバー内部に搭載された車両周辺監視装置１の状態を示す図で、車体８の前方に配置されたバンパカバー７の裏側、即ちバンパカバー７と車体８の間に配置されバンパカバー７にボルト９にて固着されている。送信アンテナ２、受信アンテナ３を含む車両周辺監視装置１を覆うカバーやバンパカバー７は電波透過性の高いプラスチック材で構成されており、それらの厚みも反射波の発生をできるだけ抑えるように設計されている。
【０００８】
次に図１により動作について説明する。
高周波回路４にて発生した高周波信号は、送信アンテナ２から電波として発射され、一部はバンパーカバー７で反射して受信アンテナ３により受信される。（第１の反射信号という）、また、他はバンパカバー７を透過して車両周辺へ放射され、車両周辺の障害物（例えば他の車両）からの反射波（第２の反射信号という）は、再びバンパカバー７を透過して受信アンテナ３により高周波回路４に入力される。高周波回路４に入力された受信波は低周波に検波又はダウンコンバートされ、信号処理回路５に入力される。信号処理回路５では電波の発射から受信までの時間にもとづき障害物などの他物体までの距離が演算され、衝突の危険性があると判断された時には表示器６にてドライバーへ注意を促す。
【０００９】
次に高周波回路４と信号処理回路５について、図３に詳細を示し、動作について説明する。
動作モード管理部５３は車両周辺監視装置１の全体としての動作モードを管理／制御するものである。動作モードは図示しないスイッチにより運転者が選択することも出来るし、後述する条件が整ったときには、必要に応じて自動的に動作モードが切り替えられることもある。実施の形態１では動作モードは手動操作によって選択されるものとして以下の説明を行う。
動作モードには、少なくとも周辺を監視するための監視モードと、最適動作条件を自動的に調べるための調整モードとがある。
【００１０】
監視モードの場合、最初、周波数指令信号発生部５１は例えば周波数１２．０５ＧＨｚを指令する。この指令は電圧制御発振器１０に送られ、電圧制御発振器１０で発振した１２．０５ＧＨｚの発振波は分配器１１により分配され、送信アンプ１２により増幅された後、送信ハーモニックミキサ１３により逓倍されるかまたは図示しない固定周波数とミキシングされ、送信アンテナ２から例えば２４．１ＧＨｚの送信波として送信される。バンパカバー７からの反射波や対象物からの反射波は受信アンテナ３から受信アンプ１４を介して受信ミキサ１５によりダウンコンバートされ、信号処理回路に入力される。この受信ミキサ１５の出力電圧を受信レベル解析部５２で解析することにより、他物体又はバンパカバーからの反射量およびその変化が検出可能となる。
また、電圧制御発振器１０に与えられる周波数指令信号（制御電圧）により送信周波数を変化させることが可能である。仮に周波数指令信号発生部５１から鋸歯状波状の指令を与えたときには、発信周波数は特定の周波数範囲をスイープすることが出来る。
【００１１】
図４は、送信周波数が一定の場合に、送信アンテナとカバーとの距離（送受信アンテナ２，３は車両周辺監視装置１と一体化されているので、以下、装置とカバーとの距離と言うこともある）の変化に対してバンパカバー反射量Ｓ１１と透過量Ｓ２１の変化を示した図である。なお、透過量とはカバー７を透過して外部に送信される電波の電界強度で示している。横軸にバンパカバーと装置の間隔、縦軸に送信波に対するバンパカバーの反射量、透過量を示した図である。この図から例えば反射量の変化を３ｄＢ以内に押さえようとすれば、装置とバンパとの間隔の変動許容幅は１ｍｍ程度しかないことがわかる。
また、図５はバンパカバーと装置の間隔が０ｍｍの場合と６ｍｍの場合の、周波数の変化に対する反射量の変化特性。図６は同じく透過量の変化特性である。図５と図６からバンパカバーと装置の間隔がいずれの場合においても、送信周波数を変化させることにより、反射量を最小（−３０ｄＢ以下）にすることのできる周波数を知ることが可能であることがわかる。本願発明者の検証によりこのことは図には示さないが間隔が０〜６ｍｍの間のいずれの場合においても同様であることが明らかとなった。
【００１２】
動作モード管理部５３が調整モードを指令したとき、周波数指令信号発生部５１は出力信号を鋸歯状波的に変化させて電圧制御発振器１０に入力し、送信アンテナ２から出力する送信周波数を予め定めた範囲でスイープし、周波数変化に対するカバーからの反射信号レベルの変化を受信レベル解析部５２が監視することで、バンパカバ−７からの反射量が最小となる周波数、即ちその取り付け状態における最適周波数を知ることが出来る。受信信号解析部５２が得た最適周波数は記憶され、また周波数指令信号発生部５１に伝達される。この時、反射レベルも記憶される。これらの動作は数１００ｍｓ以内に終了する。こうして、所定の調整モードが終了すると動作モード管理部５３が自動的に監視モードに切り替える指令を出力する。
【００１３】
動作モード管理部５３が監視モードを指令すると、調整モード中に記憶され伝達された最適周波数を周波数指令信号発生部５１が出力することにより、初期設置時の位置・角度調整の如何にかかわらず、最小の反射量となる周波数に設定される。即ち初期設置時の位置・角度調整における厳密さが不要となる。また、必要時に、運転者が調整モードを選択してバンパカバーからの反射量をモニタし、送信周波数を再修正することで、その後の位置ずれ等による反射量の増大を防ぐことができる。装置の動作を停止した後、再起動したときは記憶された最新の周波数によって動作が開始される。動作モード管理部の操作によって運転者は任意の時点で車両周辺監視装置の周波数の再設定を行うことが出来るので、安心して車両の運転を開始することが出来るという効果が得られる。
【００１４】
なお、周波数を変化させる範囲は、図５に示すほど広くしなくても、例えば初期周波数の±１０％程度でも、実用上の取り付け誤差を十分にカバーして、取り付け作業を容易にする効果は十分得られる。
以上の説明において、車両周辺監視装置はバンパーカバー７の内側に取り付けられるとして説明したが、同様の電波透過素材で製作されたカバーであれば、ボディの一部であっても良いことは言うまでもなく、本発明ではこれらを総称してカバーと言う。また、信号処理回路部５は図示しないマイコンを含み、このマイコンに与えたプログラムにより所定の動作をするものである。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態１の説明において、監視モードにおける１回の計測（１パルスの送受信とそのデータの解析）を行う時間は数１０ｍｓ（例えば５０ｍｓ）である。この計測を繰り返すことで見かけ上連続的に監視を行う。そして毎送信ごとに反射レベルが計測される。例えば他の車両などの監視対象による反射と、バンパーカバーからの反射とは反射時間の差から識別する。こうしてバンパーからの反射レベルは毎計測こどに計測され、これがあらかじめ定めたレベルを超えたと判断されたとき、動作モード管理部５３は自動的に調整モードを指令する。そして実施の形態１で説明したような最適周波数の測定が行われる。そしてその後は、自動的に最適周波数による監視モードが続行される。調整モードは前述の通り数１００ｍｓで終了するので、運転者は監視モード中に調整が行われても気づかぬ内に終了し、運転に支障を来すことはない。
【００１６】
実施の形態３．
車両の運転中、降雨、降雪又は泥はねなどによりバンパーカバー７の表面に水滴、水幕、汚れが付着することがあり、このような状態ではバンパーカバーによる反射に変化が生じる。バンパカバーに付着物がない状態と水滴，水膜または汚れがついた状態のそれぞれの場合について、送信周波数を変化した場合のバンパカバーの反射量と透過量の変化を図７〜図１６で説明する。図７、図８はバンパカバーに水滴が付着した場合、図９、図１０はバンパカバーに水膜が付着した場合、図１１、図１２はバンパカバーに泥が付着した場合のバンパカバーの反射量と透過量の関係である。また、図１３、図１４は上記バンパカバーに乾燥した泥が付着（付着した泥がその後乾燥した場合も同じ）した場合の反射量と透過量の関係を示した図である。各図において複数本の特性が記載してあるのは例えば水滴の付着には程度がいろいろあるためデータがばらつくことを示している。また、例えば図７、図９，図１１，図１３の付着物なしのデータ、及び図８、図１０、図１２、図１４の付着物なしのデータは、本来同じ特性となるものだが、図では互いに異なっている。この理由は、それぞれの特性測定に使用したバンパーカバー又は車両周辺監視装置の個体が異なるためである。
【００１７】
そこで特性変化についての理解を助けるため、図１５、図１６に図７〜図１４の反射レベルが極小となる周波数及びその反射レベル、透過レベルの変化だけを取り出して、それぞれ１枚の図にまとめた。図１５では図７、図９，図１１，図１３の付着物なしのときの極小値を示す周波数をｆ０、この周波数ｆ０における付着物なし時の反射レベルを０ｄＢにとって１枚のグラフ上に書き直している。図１６では図８、図１０，図１２，図１４の付着物なしのときの極小値を示す周波数をｆ１、この周波数ｆ１における付着物なしの透過レベルを０ｄＢにとって１枚のグラフ上に書き直している。
図７の反射レベル特性の変化は７１、図９の特性変化は９１、図１１の特性変化は１１１、図１３の特性変化は１３１として示している。
また、図８の透過量の特性変化は８１、図１０の特性変化は１０１、図１２の特性変化は１２１、図１４の特性変化は１４１である。
【００１８】
図７、図９、図１１、図１３及びこれらをまとめた図１５において、バンパカバーに付着物がない場合に比べて、水滴、水膜、および泥（含水率の高い物体）が付着した場合、反射量の極小値の周波数が低周波側にシフトする傾向がある。これは、バンパカバー表面についた水滴，水膜，泥（含水率の高い物体）の誘電率（εｗ＝２５＠２４ＧＨｚ：アンテナ工学ハンドブックＰ．７１１参照）がバンパカバーを形成するプラスチックの誘電率（ε＝３〜５）に比べてはるかに高いためである。
バンパカバーの厚みｔは、一般的には電波透過性を考慮して反射量が最小となる厚み、例えば
ｔ＝（ｎ・λ）／√εｏ
（ｎ：整数，λ：送信波の自由空間波長，ε：材質の誘電率）
で設計される。
上記式を変形するとｔ＝ （ｎ・Ｃ）／（√ε・ｆ）
（Ｃ：光速， ｆ：送信周波数， ε：バンパーカバーと付着物の合成誘電率）
となる。
上記のｔで一定の厚みに設計されたバンパカバーに水滴や水膜、汚れ（含水率の高い物体）が付着するとバンパカバーと付着物の合成誘電率εが増加し、結果として反射レベルが最小となる周波数（バンパカバーの厚み方向の共振周波数でもある）ｆ０が低下する。あらかじめ水滴、水幕、泥の付着した場合のこの周波数の変化を測定しておけば、低下した周波数を測定すれば、データ処理部５０はバンパカバーの付着物が水滴、水膜、泥（含水率の高い物体）のいずれであるかの判定が可能である。また、図９，図１１において、バンパカバーに水膜や泥（含水率の高い物体）が付着した場合、反射量が最小となるポイントが付着物のない状態に比べて低周波側へシフトし、かつ反射量が（−２０ｄＢ）と水滴付着の場合の（−３０ｄＢ）と比べて高い。
【００１９】
また、図１３、図１４に示したバンパカバーへの付着物が乾燥した泥の場合の特徴は、図１５の１３１、図１６の１４１に示すように反射量が最小となる周波数が付着物のない場合に比べて高周波側にシフトし、減衰量はあまり変わらない。
このことから、バンパカバーの反射量の閾値を−２５ｄＢ程度に設定することで水膜、泥（含水率の高い物体）と水滴の違いが、また、反射レベルが変わらず周波数だけずれる場合は乾燥泥との判定が可能である。この判定を行う動作はデータ処理部５０内に設けた判定手段（図示しない）により実行される。判定結果は表示器６に表示する。
【００２０】
水滴、水膜、泥（含水率の高い物体）、乾燥泥付着時には、実施の形態１と同様にバンパカバーからの反射量が最小となる周波数に送信周波数を変化させることで、バンパカバーの反射量増大に起因する測距性能の劣化を最小限にすることができる。水滴、水膜、泥へと変化するにつれ、周波数調整によりその影響は最小限に防止できるとはいえ、反射レベルの増大、透過レベルの低下により測距性能の低下はより顕著になるが、運転者は表示器６に表示された付着物の種類の表示から測距性能の低下を認識した運転をすることで、また、乾燥泥の場合は、運転者は車両を停止して付着した泥を取り除くことで安全性を向上させることができる。
【００２１】
ここで、表示器６に表示する内容を、付着物の種類であると説明したが、必ずしも種類でなくても、例えば何らかの物質の付着の有無だけ表示することでも良い。何かが付着したことさえ運転者にわかれば、停車して取り除く必要があり、運転の安全性を向上する効果は得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の車両周辺監視装置によれば、カバーで反射されて受信される反射レベルが最小となる周波数に送信周波数を変化させているので、装置初期設置時の位置調整の誤差許容度が極めて大きくなるばかりでなく、常時、反射量をモニタすることで位置ずれや環境の変化等による反射量の増大を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の車両周辺監視装置の構成図である。
【図２】図１の車輌周辺監視装置の車載状態を示す図である。
【図３】図１の詳細ブロック図である。
【図４】送信周波数が一定の場合のカバー反射量と透過量を示した図である。
【図５】カバーと装置の間隔が０〜６ｍｍの場合の反射量の周波数特性である。
【図６】カバーと装置の間隔が０〜６ｍｍの場合の透過量の周波数特性である。
【図７】カバーに水滴が付着した場合の反射量の変化説明図である。
【図８】カバーに水滴が付着した場合の透過量の変化説明図である。
【図９】カバーに水膜が付着した場合の反射量の変化説明図である。
【図１０】カバーに水膜が付着した場合の透過量の変化説明図である。
【図１１】カバーに水分を多く含む泥が付着した場合の反射量の変化説明図である。
【図１２】カバーに水分を多く含む泥が付着した場合の透過量の変化説明図である。
【図１３】カバーに乾燥泥が付着した場合の反射量の変化説明図である。
【図１４】カバーに乾燥泥が付着した場合の透過量の変化説明図である。
【図１５】図７、図９、図１１、図１３の特性をまとめた特性説明図である。
【図１６】図８、図１０、図１２、図１４の特性をまとめた特性説明図である。
【符号の説明】
２ 送信アンテナ、 ３ 受信アンテナ、 ６ 表示手段（表示器）、
７ カバー、 １０ 周波数可変発振手段、 ５０ データ処理部、
５２ 受信レベル解析部、 ５３ 動作モード管理部、
７１ 水滴付着時の反射量変化、 ８１ 水滴付着時の透過量変化、
９１ 水膜付着時の反射量変化、 １０１ 水膜着時の透過量変化、
１１１ 含水泥付着時の反射量変化、 １２１ 含水泥付着時の透過量変化、
１３１ 乾燥泥付着時の反射量変化、 １４１ 乾燥泥付着時の透過量変化。

Claims (6)

1. 指示された周波数の高周波信号を発振する周波数可変発振手段、
   前記車両の外面に設けられたカバー内に取り付けられ、前記カバーを透過して前記高周波信号を送信波として送信する送信アンテナと、他物体からの前記送信波の反射波を受信する受信アンテナ、
   前記受信した反射波の信号レベルを解析して、前記送信波が前記カバーで反射された第１の反射信号と、前記他物体から反射された第２の反射信号とを識別して、それぞれの受信タイミングと信号レベルとをデータ出力する受信レベル解析部、
   前記データを処理して前記他物体までの距離を算出するとともに、前記周波数を変化させた時に前記第１の信号の反射レベルが最小となる周波数を特定し、この周波数を前記周波数可変発振手段に指示するデータ処理部とを備えたことを特徴とする車両周辺監視装置。
2. 指示された周波数の信号を送信して前記他物体までの距離を測定する監視モードと、前記周波数を変化させて前記第１の信号の反射レベルが最小となる周波数を特定する調整モードとの切り替え機能を有する動作モード管理部を備えたことを特徴とする特許請求項１に記載の車両周辺監視装置。
3. 前記動作モード管理部は、前記監視モードで動作中、前記第１の反射信号のレベルが予め定めた所定のレベルより大きくなったとき、自動的に前記調整モードに切り替える機能を備えたことを特徴とする請求項２に記載の車輌周辺監視装置。
4. 指示された周波数における前記第１の反射信号レベルとその周波数とを記憶し、前記送信周波数を変化させた時に、前記第１の反射信号レベルが最小となる周波数とその反射信号レベルとの前記記憶した値からの変化にもとづいて前記カバーに何らかの物質が付着したことを判定する判定手段、
   前記判定結果を運転者に表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両周辺監視装置。
5. 前記判定手段は、前記第１の反射信号レベルが最小となる周波数とその反射信号レベルとの前記記憶した値からの変化にもとづいて前記カバーに付着した物質の種類を判定するものであることを特徴とする請求項４に記載の車両周辺監視装置。
6. 前記付着した物質の種類は、すくなくとも水滴、水膜又は含水率の高い物質による汚れ、または乾燥した物質による汚れの内の一つを含むものであることを特徴とする請求項５に記載の車両周辺監視装置。

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