JPH07149192A

JPH07149192A - 障害物検知装置

Info

Publication number: JPH07149192A
Application number: JP5297688A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Takigawa; 能史瀧川; Hiroshi Ugawa; 洋鵜川; Masaaki Minamino; 政明南野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-06-13
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3275490B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＦＭ−ＣＷ波を発射波として送信し、反射物
体で反射した受信波を該発射波と混合してビート信号を
生成し、該ビート信号を周波数分析して該反射物体との
相対速度及び距離を計測することにより障害物を検知す
る装置に関し、システムノイズ等の影響を受けずに車両
とガードレールや防音壁等の停止物体とを正確に区別で
きるようにする。【構成】計測した相対速度と距離から次回の相対速度
と距離を予測して記憶しておき、計測した相対速度が実
際の車速と接近方向で実質的に同じでない時、反射物体
を車両であると判定し、これ以外の時には計測距離と予
測距離との誤差が一定値以上であり且つ過去の計測した
複数の距離が実質的に一定である時にはガードレールか
又は防音壁と判定するとともにこれら以外の時にはガー
ドレール以外の停止物であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は障害物検知装置に関し、
特にＦＭ−ＣＷ波を利用して前方車両との車間距離及び
速度を計測し反射物体が障害物であるか否かを検知する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０はＦＭ−ＣＷ波を用いた従来より
良く知られている障害物検知装置を概略的に示したもの
で、図１１はこの障害物検知装置を搭載した車両と前方
車両２０との関係を平面図で示したものである。

【０００３】電波発信装置２１より送信されたＦＭ−Ｃ
Ｗ波は、例えば前方車両２０が存在する時にはその前方
車両２０で反射して来て電波受信装置２２で受信され
る。

【０００４】そして、ミキサー（図示せず）でミキシン
グすることにより波形発射波と受信波のビート周波数を
求めて前方車両２０との車間距離（及び相対速度）を計
測した信号を出力するものである。

【０００５】図１２はミキシング波形の時間変化を示し
たもので、同図（ａ）の実線は発射波（三角形状に周波
数変調された電磁波）を示しており、車両等の電波反射
物体により反射し且つその物体が移動物体であるならば
ドップラー効果により点線で示すような周波数が遷移し
た受信波となる。

【０００６】これらの波をミキシングすると同図（ｂ）
に示すようにビート周波数の波形が得られる。このビー
ト信号周波数ｆ_bは下記の原理式（１）により電波反射
物体の距離と速度にそれぞれ相当する距離周波数ｆ_rと
速度周波数ｆ_dの和又は差で表される。

【０００７】

【数１】ｆ_b＝（４△ｆ・ｆ_m／Ｃ）Ｒ±（２ｆ_o／Ｃ）Ｖ（１）但し、Ｖ：レーダーセンサに対する反射物体の相対速度
〔m/sec〕Ｒ：レーダーセンサから反射物体までの距離〔m〕Ｃ：光速〔m/sec〕 △ｆ：周波数変調幅〔Hz〕ｆ_m：変調周波数〔Hz〕ｆ_o：レーダー搬送波周波数〔Hz〕

【０００８】ここで、変調波周波数上昇側のビート周波
数をｆ_up、同下降側ビート周波数をｆ_dnとすると、

【０００９】

【数２】ｆ_r＝０．５（ｆ_up＋ｆ_dn），ｆ_d＝０．５（ｆ_up−ｆ_dn）（２）となり、式（１）と（２）により、

【００１０】

【数３】Ｖ＝（Ｃ／２ｆ_o）ｆ_d，Ｒ＝（Ｃ／４△ｆ・ｆ_m）ｆ_r （３）であり、この式（３）式により電波反射物体の距離Ｒと
相対速度Ｖが求められることになる。

【００１１】このようなＦＭ−ＣＷ方式の障害物検知装
置では、発射波と受信波のビート信号に対して周波数解
析を行う。この周波数解析とは、図１３に示すように、
周波数変調パターンにおける周波数が上昇する部分と周
波数が下降する部分とで、各々ＦＦＴ（高速フーリェ変
換）等を用いて周波数の解析を行うことを示し、車両な
どの電波反射物体の速度と距離に相当する周波数ピーク
の存在位置を解析する。その後、変調波の上昇／下降両
側でピークの組合せを見出し、上記の原理式（１）〜
（３）より電波反射物体の距離と相対速度を算出してい
る。

【００１２】しかしながら、電磁波の性質上、車両以外
の電波反射物体が存在する際は、その物体よりの反射波
を車両からの反射波と区別できず車両と判断し、誤情報
を発してしてしまい、ドライバーへの警報も誤警報出力
とならざるを得ない。

【００１３】この問題を解決するために、図１４(a) に
示すように、周波数解析時に車両以外のガードレールや
防音壁等の電波反射物体に対する周波数ピーク形状を検
出し、特にその周波数ピークの周波数帯域幅が車両に比
して広いということを検出するという手段で解決を図ろ
うとする発明が既に提案されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例では、例えばその電磁波計測部でのシステム
ノイズの影響により、特にシステムノイズの周波数ピー
クと車両に対する周波数ピークが周波数的に重なり合っ
た際は、その車両の周波数ピークの帯域幅が広がった様
な形状になるため、車両を非車両と判断し検出できなく
なる。

【００１５】これを図１４により説明すると、まず同図
(a) に示すように、車両である反射物体に対する周波数
ピークとガードレール等の停止物体に対する周波数ピー
クおよびシステムノイズピークが、周波数的に分離され
ている際は、各々のピーク周波数帯域幅より、車両と停
止物体との識別は可能となる。

【００１６】しかしながら、同図(b) に示すように、シ
ステムの熱特性等でシステムノイズレベルが高まり、同
時にその周波数帯域が広まり、また車両の移動に応じて
そのピーク周波数は移動することにより、ノイズピーク
と車両ピークが周波数的に重なり合った際は、その重な
ったピークの帯域幅は広まり、車両とガードレールの識
別は不可能となってしまう欠点があった。

【００１７】そこで本発明は、ＦＭ−ＣＷ波を発射波と
して送信し、反射物体で反射した受信波を該発射波と混
合してビート信号を生成し、該ビート信号を周波数分析
して該反射物体との相対速度及び距離を計測することに
より障害物を検知する装置において、システムノイズ等
の影響を受けずに車両とガードレールや防音壁等の停止
物体とを正確に区別できるようにすることを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】（１）本発明の着眼点の説明：図３〜図６まず、図３に示す如く、ＦＭ−ＣＷ波を発射波として送
出する車両（以後、自車という）Ａに対してガードレー
ルＧＲ（又は防音壁）は「停止物体」である。従って、
自車走行中の一定周期毎の各計測（距離・相対速度）に
おいては、相対速度は自車Ａと同一かつ接近方向にあ
る。

【００１９】従って、車両と停止物体とは計測した相対
速度と自車Ａの実際の速度とが実質的に同じで接近して
いる方向にあることが分かったときには、電波反射物体
は車両ではなく停止物体と判断することができ、そうで
ないときには車両であると判断することができる。

【００２０】しかしながら、停止物体にはガードレール
ＧＲの他に図４に示すような停止物体Ｃが存在するの
で、これらを識別する必要もある。

【００２１】ここで、自車Ａの走行方向はガードレール
ＧＲのコーナ内においては常にコーナの曲線に対して接
線方向に向いている。

【００２２】従って幾何学的関係から、自車Ａからガー
ドレールＧＲまでの距離は、今回の自車位置Ｐ１での計
測値Ｌ１と次回の自車位置Ｐ２での計測値Ｌ２とでは同
一の距離を示す（Ｌ１＝Ｌ２）。

【００２３】但し、この場合、図３に示したガードレー
ルＧＲ（又は防音壁）は、マクロ的には理想的な弧を描
いているが、ミクロ的には図４に示すように短い直線の
連続から構成されており、各直線部分は更に図５に示す
ようにガードレールＧＲ（又は防音壁）の理想的な弧Ａ
ＲＣとガードレールＧＲ自身とは長さΔｄだけ短くなっ
ている。

【００２４】従って、図６に示すように、自車Ａと各計
測毎のガードレールＧＲとの距離の軌跡Ｔ１は、微妙に
一定範囲内で揺らぐことになる。これは、レーダ原理式
における距離成分が計測毎には一定ではなくなるためで
ある。

【００２５】また、ガードレールＧＲは上記のように停
止物体の一種であるが、図４に示すような停止物体Ｃと
も区別する必要がある。この場合の停止物体Ｃは軌跡Ｔ
２に示すように計測距離が徐々に短くなって行く特性が
あり、ガードレールＧＲのように過去の計測結果が揺ら
いでいても平均するとほぼ同じ様な値を示すのとは異な
っていることが分かる。また、車両は自車と同じような
速度で走行していれば軌跡Ｔ３のようになる。

【００２６】（２）手段この性質により、各回の計測情報を観察し、この計測情
報から予測した情報と該計測情報との相関関係から車両
とガードレール（又は防音壁）と停止物体との識別が可
能となる。

【００２７】このため本発明では、計測した相対速度及
び距離から次回の相対速度及び距離を予測しその結果を
記憶する記憶部と、車速センサと、計測した相対速度が
該センサによる実際の車速と接近方向で同じとき該反射
物体が車両であると判定し、それ以外のときには計測距
離と予測距離との誤差が一定値以上であり且つ過去の計
測した複数の距離が実質的に一定であるときには該反射
物体がガードレールか又は防音壁と判定すると共にそれ
以外のときには該反射物体がガードレール以外の停止物
であると判定する判定部と、を備えている。

【００２８】（３）作用本発明においては、まず、前回の計測情報である反射物
体の相対速度と距離を記憶部に記憶する。そして、計測
した相対速度と距離の前回の計測値から次回の相対速度
と距離を予測する。

【００２９】記憶部に記憶した各回の予測相対速度が実
質的に自車の実際の車速と接近方向において同じである
か否かを判定し、同じでないときは図６の軌跡Ｔ３に示
すように該反射物体が前方車両であると判定する。

【００３０】各回の予測相対速度が実質的に実車速と同
じであると判定したときには、更に各回の距離予測値が
各回の距離予測値より一定値以上異なっているか否かを
判定し、該一定値以下であれば該反射物体は図６の軌跡
Ｔ２に示すようにガードレール以外の停止物体であると
判定する。

【００３１】また、距離計測値が各回の距離予測値より
一定値以上異なっていると判定したときには、図６の軌
跡Ｔ１に示すように揺らいでいるか否かを判定するた
め、更に過去の複数の距離計測値が実質的に同じである
か否かを判定し、同じであるときは該反射物体が停止物
体中のガードレールであると判定する。

【００３２】このように本発明では、毎回の計測値を記
憶し、計測相対速度と実車速との関係から車両と停止物
体との識別を行うと共に、複数回分の距離計測値の相関
をとることでガードレール（又は防音壁）とそれ以外の
停止物体との識別が可能となる。

【００３３】

【実施例】図１は、本発明に係る障害物検知装置の実施
例をブロック図で示したものであり、図中、１は送信ア
ンテナ、２は送信回路、３はＶＣＯ（電圧制御発振器）
を含む変調回路、４は受信アンテナ、５は受信回路、そ
して、６はミキサーを示しており、送信回路２と変調回
路３とで図５に示した電波発信装置２１に対応してお
り、受信回路５は同じく電波受信装置２２に対応してい
る。

【００３４】また、変調回路３に与える信号は信号生成
回路８によって生成され、この信号生成回路８は同期信
号生成回路９からのクロック信号を常に受けており、更
にＲＯＭ又はＲＡＭから成る変調パターン記憶部１１に
記憶されている三角形状と直線部から成る変調パターン
を受けて図１２に示すような変調波を生成している。

【００３５】また、ミキサー６の出力信号は、復調回路
７に与えられる様になっており、この復調回路７の出力
信号は復調信号分離回路１２に与えられて信号分離され
更にディジタル信号として周波数解析・信号処理部１３
に送られ、その解析結果が判定部としてのＣＰＵ１０に
与えられて判定信号を出力するものである。

【００３６】尚、復調信号分離回路１２も同期信号生成
回路９からの同期信号を受ける様に構成されている。

【００３７】更に１４は計測されたデータ及びＣＰＵ１
０によって予測計算（後述）されたデータを格納してお
く記憶部であり、１５は実車速を検出する車速センサで
ある。

【００３８】次に上記の実施例の動作を図２に示したフ
ローチャートを参照して以下に説明する。

【００３９】ステップＳ１：まず、この測定装置では、
ＣＰＵ１０が変調パターン記憶部１１に対して変調パタ
ーンの出力を指示すると記憶部１１からは図１２に示す
ような変調信号のデータを信号生成回路８に出力する。

【００４０】これを受けて信号生成回路８では変調信号
データをアナログ信号ａに変換し、変調回路（ＶＣＯ）
３へ送り、その三角形状の周波数変調を受けた信号ｂと
して送信回路２及び送信アンテナ１を介して送信する。
尚、これらの変調パターンはＣＰＵ等によりプログラム
型可変データとしてもよい。

【００４１】受信アンテナ４で受信された受信波は、受
信回路５により電磁波が電気信号に変換されミキサー６
で、発射波とその受信波の合成が行われる。この合成さ
れた信号は復調回路７へ送られ、そこでビート信号ｃに
変換される。

【００４２】このビート信号ｃは復調信号分離回路１２
において、同期信号生成回路９からの同期信号に基づき
復調信号を分離し、その情報を周波数解析・信号処理部
１３へ送る。

【００４３】ステップＳ２：この周波数解析・信号処理
部１３では、復調信号の上昇側及び下降側部分とに対し
てＦＦＴ演算を行うことより、上述の如く前方障害物と
の距離及び相対速度に応じた周波数にスペクトラムのピ
ークが存在する（図１３参照）。

【００４４】ステップＳ３：この場合のＦＦＴ解析され
た変調部の上昇側ビート周波数ｆ_upと下降側ビート周波
数ｆ_dnを組合せて上記の式（２）に代入して、距離周波
数ｆ_r及び相対速度周波数ｆ_dを算出し、更に式（１）と
（２）により電波反射物体の相対速度Ｖ及び距離Ｒが求
められる。

【００４５】このようにして求めた相対速度Ｖ及び距離
Ｒの「５回」に渡るデータの一例が図７（ａ）（左側）
に示されている。尚、計測対象は、図４に示したように
「車両」と「ガードレール（又は防音壁）」と「停止物
体」であるが、図７で計測値データが「近」、「中」、
「遠」と別れているのは、ＦＭ−ＣＷ方式では１回の計
測で複数の障害物の相対速度と距離が同時に得られるの
で、計測したままでは反射物体が何であるか識別できな
いためである。

【００４６】ステップＳ４：ＣＰＵ１０は上記の様にス
テップ３で求めた相対速度と距離の計測データを記憶部
１４に記憶する。

【００４７】ステップＳ５：更にＣＰＵ１０は車速セン
サ１５から自車速信号を取り込む。

【００４８】ステップＳ６：ステップＳ４において記憶
部１４に記憶した相対速度と距離の計測データから次回
計測する時の距離及び相対速度を予測する。

【００４９】ここで、計測値から求められる予測値の計
算式が図８に示されており、図示の一般計算式の様に、
予測距離は前回の距離計測値と相対速度計測値とサンプ
リングタイムΔｔ（図２のフローチャートを定期的に実
行する周期）とによって計算することが出来、また相対
速度は前回の相対速度と前々回の相対速度の計測値とサ
ンプリング時間Δｔとによって求めることが出来る。

【００５０】この様にして図７（ａ）に示した計測デー
タから予測したデータが同図（ｂ）（右側）に示されて
おり、「近」データに対する予測値は予測値となり、
「中」データに対する予測値は予測値となり、そして
「遠」データに対する予測値は予測値となっている。
尚、同図中、×印は予測不可状態にあることを示してい
る。

【００５１】ステップＳ７：上記のステップＳ６で求め
た予測距離及び予測相対速度を記憶部１４に記憶する。

【００５２】ステップＳ８：上記の様に記憶部１４に記
憶した計測データ及び予測データ（図７）を再び記憶部
１４から取り出して以下の判定を行う。

【００５３】ステップＳ９：ここでは、ステップＳ５で
取り込んだ自車速に対して記憶部１４から取り出した相
対速度の計測値（図７（ａ））が接近方向（負）であっ
てほぼ等しいか否かを判定する。

【００５４】この結果、自車速が７２Km/hであるとすれ
ば、相対速度が「−７２」である「近」データと「中」
データとが停止物又はガードレールであることを示して
おり、これら以外の「遠」データの相対速度が「０」と
なっているので、この「遠」データを車両と判断する
（ステップＳ１０）。これは、図６の車両軌跡Ｔ３から
も分かる。

【００５５】ステップＳ１１：上記のステップＳ９で車
両と車両以外の停止物とが区別されたが、さらに停止物
とガードレールとを識別するため、予測値とその回の計
測における計測値との誤差が大きいか否かを判定する。

【００５６】即ち、例えば図７の例において２回目の予
測値〜の内の予測値のデータ「３８」は２回目の
計測値に対応するデータが無く、又、計測値における２
回目の「近」データに対応する２回目の予測値には予
測値が見当たらない。

【００５７】一方、２回目の予測値のデータ「４０」
は２回目の計測値の「中」データ「４０」と一致してお
り、図６の軌跡Ｔ２に示すように今回の予測値と前回の
計測値とが大きく異なっていないのでこの場合の電波反
射物体はガードレール以外の「停止物」と判断される
（ステップＳ１２）。

【００５８】この様に、計測した距離がその予測値より
ずれているものを取り出せば少なくとも「停止物」では
ないと判断することが出来、これは、４回目の計測値の
「中」データ「３８」が該当し、更に、５回目の「中」
データ「４０」が同様にして停止物ではないと判断する
ことが出来る。

【００５９】ステップＳ１３：この様に、ガードレール
での計測の状況によっては一時的に停止物と同様のデー
タを示すことがあるので、ここでは、計測距離の過去の
データからその変化を参照して停止物かガードレールか
を区別する。

【００６０】即ち、２回目のデータにおいて、予測値
のデータ「３８」は計測値の「近」データ「４０」とは
大きく異なっているが、３回目の予測値と計測値とを比
較すると共に「３８」となっており、これは予測値だ
けでなく予測値についてもそれぞれ「近」データと
「中」データとがデータ「３８」として一致している
が、計測値のデータを１回目、２回目、３回目と縦方向
に比較してみると「近」データの方が「中」データより
ほぼ一定であることが判るので、この「近」データの３
回目の値「３８」はガードレールであると判定する事が
出来る（ステップＳ１４）。

【００６１】上記の様にして判定して得られた結果が図
９に示されており、この図９のデータと図７のデータと
を対応させるため、ガードレールについては△印を付
し、停止物については○印を付して識別している。

【００６２】尚、本発明では、計測データの相関を取っ
ているので、各計測→周波数解析に要する時間は極短時
間でなければならない。しかし高速なＣＰＵの出現と、
要求される計測回数は３〜４回程度で十分なことによ
り、数十ミリ秒程度で実現できる。仮に、１００[msec]
要したとしても、時速１５０[Km/h]で走行する車両が
４．２[m] 程進む距離に相当するので充分実用に耐え得
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る障害
物検知装置によれば、計測した相対速度と距離から次回
の相対速度と距離を予測して記憶しておき、計測した相
対速度が実際の車速と接近方向で実質的に同じでない
時、反射物体を車両であると判定し、これ以外の時には
計測距離と予測距離との誤差が一定値以上であり且つ過
去の計測した複数の距離が実質的に一定である時にはガ
ードレールか又は防音壁と判定するとともにこれら以外
の時にはガードレール以外の停止物であると判定するよ
うに構成したので、今回の予測値と過去の複数の計測値
との相関をとることになり、ノイズの影響を受けない形
で車両とガードレールとガードレール以外の停止物とを
判定することが可能となる。

【００６４】また、このような判定結果を用いて警報動
作を行う場合には、誤警報を減らすことができ、警報動
作がより正確となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る障害物検知装置の実施例を示した
ブロック図である。

【図２】本発明に係る障害物検知装置に用いるＣＰＵに
格納され且つ実行される障害物検知処理のフローチャー
ト図である。

【図３】本発明に係る障害物検知装置の動作においてガ
ードレールのコーナー内の自車の向きと計測の様子を示
した図である。

【図４】本発明に係る障害物検知装置の測定例を示した
図である。

【図５】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ために実際のガードレール部分を示した図である。

【図６】本発明に係る障害物検知装置における計測距離
の軌跡の例を示したグラフ図である。

【図７】本発明に係る障害物検知装置の計測値と予測値
のデータを示した図である。

【図８】本発明に係る障害物検知装置における計測値と
予測値との関係を示した図である。

【図９】本発明に係る障害物検知装置によって判定され
た結果を示した図である。

【図１０】従来から一般的に知られたＦＭ−ＣＷ波を用
いた障害物検知装置を概略的に示したブロック図であ
る。

【図１１】図１０に示した障害物検知装置を平面的に示
したブロック図である。

【図１２】従来例の送受信波形図である。

【図１３】変調周波数のスペクトラムを示した波形図で
ある。

【図１４】従来例の欠点を説明するための図である。

【符号の説明】

１送信アンテナ２送信回路３変調回路４受信アンテナ５受信回路６ミキサー７復調回路８信号生成回路９同期信号生成回路１０ＣＰＵ１１変調パターン記憶部１２復調信号分離回路１３周波数解析・信号処理部１４データ記憶部１５車速センサ図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦＭ−ＣＷ波を発射波として送信し、反
射物体で反射した受信波を該発射波と混合してビート信
号を生成し、該ビート信号を周波数分析して該反射物体
との相対速度及び距離を計測することにより障害物を検
知する装置において、該計測した相対速度及び距離から次回の相対速度及び距
離を予測しその結果を記憶する記憶部と、車速センサ
と、計測した相対速度が該センサによる実際の車速と接
近方向で実質的に同じでないとき該反射物体が車両であ
ると判定し、それ以外のときには計測距離と予測距離と
の誤差が一定値以上であり且つ過去の計測した複数の距
離が実質的に一定であるときには該反射物体がガードレ
ールか又は防音壁と判定すると共にそれ以外のときには
該反射物体がガードレール以外の停止物であると判定す
る判定部と、を備えたことを特徴とする障害物検知装
置。