JP4698048B2 - Ｆｍ−ｃｗレーダの路上静止物検知方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、車両以外の路上静止物、例えば走行車両からの落下物等を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車間距離制御においては、自車両の前方にレーダビームを発射し、先行車両等の物体を検出する車載用レーダ装置が用いられている。レーダ装置としてはミリ波等の電波を用いるＦＭ−ＣＷレーダ、あるいはレーザ光を用いるものがある。これらレーダ装置を用いて先行車両までの距離、先行車両との相対速度、先行車両の正確な位置を検出し、車間距離制御を行っている。
【０００３】
スキャン式レーダは一定の時間内に微小なステップ角度でレーダを左から右に、又は右から左にビームを回転させてスキャンを行っている。そして、各ステップの角度において前方の車両に自車からビームを発射し、前方車両からの反射波を受信してこれを処理し、前方車両の存在を検知し、さらに前方車両との距離や相対速度を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来レーダで検知したターゲットが前方を走行する車両であるか、又は橋や標識等の道路の上方の設けられた構造物かを判断し、前方を走行する車両である場合は車両制御対象のターゲットとしていた。
一方、検出されたターゲットが静止物体である場合、この静止物体が道路上に存在する静止物体であることもある。道路上に存在する静止物体としては、トラックから落下したダンボール箱等の荷物や、風で道路周辺から吹き飛ばされてきた看板等種々のものが考えられる。これら道路上の静止物体のサイズや形は様々で、車両が踏み越えられるものもあるが、踏み越えられないものもある。しかし、これらの物体の大きさや形等についての判断基準はなく、前方に存在する路上静止物を車両が踏み越えることができるものであっても、前方の静止物として車両制御対象のターゲットと認識してしまい、例えば車間距離制御を行っている場合には減速制御等を行ってしまう。 これら静止物体をターゲットと判定せずに制御対象から外すことも考えられるが、路上静止物体の中には踏み越えることができない物体もあり、このような場合には制御対象から外すことはできない。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ＦＭ−ＣＷレーダにおいて検知された物体が路上の静止物体であって乗り越えることができない物体、即ち、路上静止物であるかどうか判断する方法を提供することである。なお、本発明に用いるレーダは、スキャン式であっても非スキャン式であってもよい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明ＦＭ−ＣＷレーダの路上静止物検知方法によれば、ターゲットからの距離に対する該ターゲットからの反射波の受信レベルの変動を求め、該受信レベルの変動から極大点と極小点の受信レベルの差分を求め、得られた差分が所定の閾値より大きい場合前記ターゲットを路上静止物と判定する。また、極大点と極小点間の距離に対する傾きを求め、得られた傾きが所定の閾値より大きい場合前記ターゲットを路上静止物と判定する。また、極大点又は極小点間の距離を求め、得られた距離が所定の閾値より小さい場合前記ターゲットを路上静止物と判定する。さらに、上記検知方法を組み合わせる。
【０００７】
また、前記差分の閾値、傾きの閾値をターゲットからの距離に応じて変化させるようにした。さらに、前記受信レベルに対して相対速度又は自車の速度に応じてフィルタ定数を変化させるようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法に用いる車間距離制御装置の構成の概要を示した図である。レーダセンサ部は例えばＦＭ−ＣＷレーダであり、レーダアンテナ１、走査機構２、及び信号処理回路３を備えている。車間距離制御ＥＣＵ７は、ステアリングセンサ４、ヨーレートセンサ５、車速センサ６、及びレーダセンサ部の信号処理回路３からの信号を受け、警報機８、ブレーキ９、スロットル１０等を制御する。また、車間距離制御ＥＣＵ７は、レーダセンサ部の信号処理回路３にも信号を送る。
【０００９】
図２は、図１の信号処理回路３の構成を示したものである。信号処理回路３は、走査角制御部１１、レーダ信号処理部１２、制御対象認識部１３を備えている。レーダ信号処理部１２はレーダアンテナ１からの反射信号をＦＦＴ処理し、パワースペクトルを検出し、ターゲットとの距離及び相対速度を算出し、制御対象認識部１３にそのデータを送信する。制御対象認識部１３は、レーダ信号処理部１２から受信したターゲットとの距離、相対速度、及び車間距離制御ＥＣＵ７から受信したステアリングセンサ４、ヨーレートセンサ５、車速センサ６等から得られた車両情報に基づいて走査角制御部１１に走査角を指示すると共に、制御対象となるターゲットを判別して車間距離制御ＥＣＵ７に送信する。走査角制御部１１は、固定型レーダの場合はカーブ走行時の走査角等を制御し、スキャン型レーダの場合はスキャン走査角を制御するものである。走査機構２は走査再制御部１１からの制御信号を受けて所定の角度で順次ビームを発射してスキャンを行う。
【００１０】
図３は、ＦＭ−ＣＷレーダの一例として、２アンテナ方式のＦＭ−ＣＷレーダの構成を示した図である。図に示すように、電圧制御発信器３２に変調信号発生器３１から変調用信号を加えてＦＭ変調し、ＦＭ変調波を送信アンテナＡＴを介して外部に送信すると共に、送信信号の一部を分岐してミキサのような周波数変換器３３に加える。一方、先行車両等のターゲットで反射された反射信号を受信アンテナＡＲを介して受信し、周波数変換器で電圧制御発振器３２の出力信号とミキシングしてビート信号を生成する。このビート信号はベースバンドフィルタ３４を経てＡ／Ｄ変換器３５でＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ３６で高速フーリエ変換等により信号処理がされて距離及び相対速度が求められる。
【００１１】
以下に図１及び図２に示した車間距離制御装置のスキャン型レーダにより、どのように路上静止物を検出するかを説明する。
図４は、路上に静止物体２２が存在するとき車両２１から発射されるビームｂ₁，ｂ₂がどのように静止物体に到達し反射されるかを示した図である。静止物体２２の高さが比較的大きい場合にマルチパスの現象が生ずる。図４に示すように、直接静止物体２２に到達して反射するビームｂ１と、道路上で反射してから静止物体に到達して反射し、同じ経路で帰ってくるビームｂ２のように経路が異なったもの、即ち、マルチパスが生じるようになる。
【００１２】
図５は、路上静止物体のサイズが大きくマルチパスが生じた場合、車両から物体までの距離に対するレーダの反射信号の受信レベルの変化を示したグラフである。図５において、横軸は車両から物体までの距離であり、縦軸は受信レベルを表す。マルチパスが生じた場合、図に示すように受信レベルは大きく変動し、静止物体のサイズが大きいと受信レベルも大きく変動する。従って、変動の大きさに応じて静止物体が大きなサイズかどうか判断できる。これを利用して本発明では以下のように静止物体の大きさを判断する。
【００１３】
＜極大値と極小値の差から判断＞
図５のグラフに示すように、マルチパスが生じた場合、受信レベルが変動して極大点Ｐmax-1とＰmax-2等，及び極小点Ｐmin-1とＰmin-2等が現れる。そこで、例えば極大点Ｐmax-2の値と極小点Ｐmin-1の値の差分を求め、この差分が所定の値（閾値）より大きい場合、即ち、
Ｐmax-2―Ｐmin-1＞ΔＰ（閾値）
である場合、レベル変動が大であると判断し、静止物体のサイズが大きく乗り越えることができない路上の物体、即ち、路上静止物であると判定する。なお、その時点で得られた極大点と極小点を用いて差分を求めてもよく、また、図５に示されているように一定の距離を走行した後に得られた極大点、極小点の中から選択しても良い。以下の実施例においても同様である。
【００１４】
＜受信レベルが極大点から極小点、又は極小点から極大点へ変化するときの距離に対する傾きから判断＞
マルチパスが生じた場合、受信レベルが変動し、極大点から極小点、又は極小点から極大点へ変化するときの距離に対する傾きが大きくなる。そこで、図５において、例えば、Ｐmin-1からＰmax-2へ変化するときの距離（Ｄ１⇒Ｄ２）に対する傾きを求め、これが所定の値（閾値）より大きい場合、即ち、
（Ｐmax-2―Ｐmin-1）／（Ｄ２−Ｄ１）＞Δ（Ｐ／Ｄ）（閾値）
である場合、レベル変動が大であると判断し、静止物体のサイズが大きく路上静止物であると判定する。この場合、Ｄ１とＤ２の受信レベルの傾きを求めたが、その時点で得られた極大点と極小点を用いても良い。
＜差分と傾きの両者をみて判断＞
上記差分が所定の値（閾値）より大きく、即ち、
Ｐmax-2―Ｐmin-1＞ΔＰ
であり、かつ、上記傾きが所定の値（閾値）より大きい場合、即ち、
（Ｐmax-2―Ｐmin-1）／（Ｄ２−Ｄ１）＞Δ（Ｐ／Ｄ）
である場合、レベル変動が大であると判断し、静止物体のサイズが大きく路上静止物であると判定する。
＜極大点間又は極小点間の距離から判断＞
図６に示す様に、複数の極大点又は極小点を有する場合、極大点Ｐmax-1とＰmax-2の間の距離ΔＤmax、又は極小点Ｐmin-1とＰmin-2の間の距離ΔＤminを求め、これらの値が所定の値（閾値）より小さい場合、即ち、
ΔＤmax＜ΔＤ 又は ΔＤmin＜ΔＤ
である場合、レベル変動が大であると判断し、静止物体のサイズが大きく路上静止物であると判定する。
【００１５】
マルチパスの発生は車両と静止物体の距離によって変化し、ある特定の距離において最も多く発生する。そのため、静止物体のサイズが同じでも車両が静止物体と特定の距離にあるときにマルチパスは多く発生し、それ以外の距離ではそれより少ない。従って、静止物体のサイズが同じでも車両と静止物体の距離に応じて受信レベルの変動の大きさは変化する。そこで、本発明では静止物体と車両の距離に応じ、上記差の閾値（ΔＰ）を変化させるようにした。
【００１６】
図７は、距離に応じてどのように変化させるかを示した図である。図に示されているように、距離Ｄｒにおいてマルチパスが最も多く発生し、従って、受信レベルの変動が大きくなる。そこで、本発明では閾値ΔＰの値を距離Ｄｒにおいて最大とし、その前後において漸次低くなるようにした。変化の形状は図に示されているように階段状としてもよく、あるいは曲線状にしてもよい。
【００１７】
同様に、本発明では傾きの閾値Δ（Ｐ／Ｄ）を静止物体と車両の距離に応じて変化させるようにした。
図５に示すグラフの受信レベルの値は、レーダ信号を受信する毎にプロットして求めたものである。レーダ信号は一定時間間隔で受信されている。従って、車両走行中に受信する場合、距離に対する受信間隔は車両の相対速度が低いほど小さくなり、相対速度が高くなると受信間隔は大きくなる。
【００１８】
図８は、図５に示すグラフの受信レベルが相対速度によってどのようにプロットされるかを示したものである。車両の相対速度が小さい場合、図８の「・」に示すように信号受信のタイミングを一定の距離の間に多く取ることができ、Ｐmax及びＰminを比較的正確にとることができる。一方、車量の相対速度が高い場合、図８の「×」に示すように信号受信のタイミングを一定の距離の間に多く取ることができないため、Ｐmax及びＰminの値が実際の値より小さくなってしまう。そこで、本発明ではΔＰの値を車両の相対速度に応じて変化させるようにした。即ち、相対速度が高くなるに従い相対速度が低いときより閾値（ΔＰの値）を順次小さくなるようにした。
【００１９】
同様に、本発明では傾きの閾値Δ（Ｐ／Ｄ）を相対速度に応じて変化させるようにした。即ち、相対速度が高くなるに従い相対速度が低いときより閾値（Δ（Ｐ／Ｄ）の値）を順次小さくなるようにした。図９は、相対速度と閾値の関係をグラフにしたものである。相対速度が大きくなるに従って、閾値が小さくなるようにした。
【００２０】
なお、ここでは相対速度に対して閾値を変化させたが、自車の速度に応じて閾値を変化させてもよい。
図１０は図５と同様に距離に対する受信レベルの変化を示したものである。図にＰnと示されているように、受信信号にノイズが含まれる場合があり、これを取り除くためにフィルタを用いている。図１１は図１０に示したグラフにおいて、信号受信のタイミング「×」と、フィルタをかけたときの受信信号のレベル「Δ」を示したものである。図１１に示したように、フィルタをかけたときの受信信号のレベルの変化は実際より小さくなってしまう。
【００２１】
先に図８で説明したように、相対速度が高い場合、信号受信のタイミングを多くとることができず、その結果極大点と極小点の値が実際より小さくなってしまう。また、上記のようにフィルタをかけると、受信信号のレベルの変化が実際より小さくなってしまう。そこで、本発明ではフィルタをかける場合に一律にかけずに、フィルタ定数を相対速度又は自車の速度に応じて変化させるようにした。図１２はその一例を示したもので、相対速度がある値までは一定のフィルタ定数とし、ある値を超えると漸次フィルタ定数は低下させ、別のある値になるとフィルタ定数を０とする。この場合も、相対速度に代えて自車の速度を用いることができる。
【００２２】
図１３は本発明のようにフィルタ定数を車速によって変化させた場合の、距離に対する受信レベルの変化を表すグラフである。実線がノイズを含んだ受信レベルを表し、破線はフィルタを通した場合の受信レベルを表す。図１３に示すように、ノイズの影響を小さくすることができ、受信信号のレベルもあまり変化しない。
【００２３】
図１４は、本発明方法の実施例を示すフローチャートである。図のフローチャートにおいて、各ステップにおける判定は図１の信号処理回路３によって行われる。
まず、Ｓ１においてターゲットが接近しているターゲットかどうか判定する。接近しているターゲットであれば、静止物であると考えられるので、Ｓ２において相対速度又は自車の速度に応じて受信レベルにフィルタ処理をする。先に述べたように、車両の相対速度が高い場合、極大点と極小点の差等は小さくなる。そのため、例えば図１２に示されたように受信レベルにフィルタ処理を行う。
【００２４】
次にＳ３において、受信レベル増加フラグが立っているかどうか判定する。フラグが立っていれば（Ｙｅｓ）、Ｓ４において前回より受信レベルが増加しているかどうか判定する。前回より受信レベルが増加していなければ（Ｎｏ），Ｓ５において受信レベル増加フラグを倒すと共に、受信レベルが増加から減少に転じているので、この時点の受信レベルを極大点と決定する（Ｓ６）。一方、Ｓ４において受信レベルが増加していると判定された場合、受信レベルは連続して増加しているので、受信レベル増加フラグを立て（Ｓ７）、この回のフローを終了する。
【００２５】
Ｓ３において受信レベル増加フラグが立っていない場合（Ｎｏ）、Ｓ８に進み前回よりも受信レベルが減少しているかどうか判定する。Ｎｏであれば、即ち、前回よりも受信レベルが減少していなければ、受信レベル増加フラグを立て（Ｓ９）、受信レベルが減少から増加に転じているので、この時点の受信レベルを極小点と決定する（Ｓ１０）。そして、極大点と極小点の両方が決まったかを判定する（Ｓ１１）。極大点と極小点の両方が決まっている場合（Ｙｅｓ）、Ｓ１２において受信レベルの極大点と極小点の値の差分、及び受信レベルの変化の距離に対する傾きを演算する。そして、ターゲットからの距離及び相対速度に応じて、前記差分と傾きの閾値を決定する（Ｓ１３）。ここで、距離に対する差分と傾きの閾値は図７に示したグラフのように変化させる。一方、相対速度に対する差分と傾きの閾値は、図９に示したグラフのように変化させる。この場合、先に述べたように相対速度に代えて自車の速度を用いても良い。
【００２６】
次にＳ１４において、差分が閾値より大きいかどうか判断する。大きければ（Ｙｅｓ）、距離に対する極大点と極小点間の傾きが閾値より大きいかどうか判断する（Ｓ１５）。Ｙｅｓであれば、ターゲットが乗り越えることができない路上の静止物体、即ち、路上静止物であると判定する（Ｓ１６）。なお、Ｓ１４において差分が閾値より大きいと判定された場合に、路上静止物であると判定してもよい。Ｓ１５でＮｏの場合、即ち、差分は閾値より大きいが、傾きは閾値より大きくない場合、複数の極大点又は複数の極小点を持つかどうか判定する（Ｓ１７）。Ｙｅｓであれば、極大点間の距離又は極小点間の距離が閾値より小さいかどうか判定する（Ｓ１８）。Ｙｅｓであれば、ターゲットを路上静止物と判断する（Ｓ１６）。Ｓ１７とＳ１８でＮｏの場合、路上静止物かどうかの判定はせず、フローを終了する。なお、Ｓ１８における判定、即ち、極大点又は極小点間の距離が閾値より小さいかどうか判定するだけでも、ターゲットが路上静止物かどうか判定してもよい。
【００２７】
Ｓ８でＹｅｓの場合、即ち、前回よりも受信レベルが減少している場合、受信レベル増加フラグを倒し（Ｓ１９）、前回と今回の受信レベルの減少から次回のレベルを予想し、ノイズレベルより低くなる場合は連続性を保つように補間処理を行う（Ｓ２０）。これは受信レベルが低くなって見えなくなってしまうと、ターゲットのデータを残せなくなるので、連続性を保つために行うものである。そして、この場合は路上静止物かどうかを判定せずにフローを終了する。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば受信レベルの変動に基づいて簡単な方法でターゲットが乗り越えることができない路上静止物かどうか判定できる。またその際、極大点と極小点の値の差分、傾き、あるいは極大点又は極小点間の距離から判定することができるので、これらの中から選択することができる。さらに、これら複数の方法を組み合わせることもでき、また、ターゲットからの距離や相対速度に応じて閾値を変化させているので、より正確な判定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＭ−ＣＷレーダを用いた車間距離制御装置の構成の概要を示した図である。
【図２】図１の信号処理回路３の構成を示したものである。
【図３】ＦＭ−ＣＷレーダの構成の一例を示した図である。
【図４】路上に静止物体が存在するとき、車両から発射されたビームがどのように静止物体に到達し、反射されるかを示した図である。
【図５】路上静止物体のサイズが大きくマルチパスが生じた場合、車両から物体までの距離に対するレーダの反射信号の受信レベルの変化を示したグラフである。
【図６】極大点間又は極小点間を示す図である。
【図７】距離に応じて閾値をどのように変化させるかを示した図である。
【図８】図５に示すグラフの受信レベルが相対速度によってどのようにプロットされるかを示した図である。
【図９】相対速度と閾値の関係をグラフにした図である。
【図１０】受信信号にノイズが含まれる場合の距離に対する受信レベルの変化を示した図である。
【図１１】図１０に示したグラフにおいて、信号受信のタイミングとフィルタをかけた時の受信信号のレベルを示した図である。
【図１２】フィルタ定数を相対速度に応じてどのように変化させるかを示した図である。
【図１３】フィルタ定数を車速によって変化させた場合の距離に対するノイズを含んだ受信レベルの変化を表すグラフである。
【図１４】本発明方法の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…レーダアンテナ
２…走査機構
３…信号処理回路
４…ステアリングセンサ
５…ヨーレートセンサ
６…車速センサ
７…車間キョリ制御ＥＣＵ
８…警報機
９…ブレーキ
１０…スロットル
１１…走査角制御分
１２…レーダ信号処理部
１３…制御対象認識部
２１…自車
２２…路上静止物体
３１…変調信号発生器
３２…電圧制御発振器
３３…周波数変換器
３４…ベースバンドフィルタ
３５…Ａ／Ｄ変換器
３６…ＣＰＵ

Claims (3)

1. ＦＭ変調波を送信し反射波を受信するＦＭ−ＣＷレーダの路上静止物検知方法であって、ターゲットからの距離に対する該ターゲットからの反射波の受信レベルの変動を求め、該受信レベルの変動から極大点と極小点を求め、該極大点と極小点の受信レベルの差分を求め、得られた差分が所定の閾値より大きく、かつ前記極大点と極小点間の距離に対する傾きが所定の閾値より大きい場合、前記ターゲットを路上静止物と判定する、ＦＭ−ＣＷレーダの路上静止物検知方法。
2. 前記差分の閾値、及び傾きの閾値を、ターゲットからの距離に応じて変化させるようにした、請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダの路上静止物検知方法。
3. 前記受信レベルに対して相対速度又は自車の速度に応じてフィルタ定数を変化させる、請求項１又は２に記載のＦＭ−ＣＷレーダの路上静止物検知方法。

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