JPH0894748A

JPH0894748A - 障害物検知装置

Info

Publication number: JPH0894748A
Application number: JP6226781A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Takigawa; 能史瀧川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1996-04-12

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
る装置において、耐久性とコストの両面からレーダセン
サのみでカーブ路内における検知距離の低下を改善す
る。【構成】発射波と受信波とを混合してビート信号を生
成し、該ビート信号の周波数分析の結果を受けて上昇側
又は下降側のピーク周波数を求めると共にピーク周波数
の数に対応した検知停止物の数が所定値を越えていると
きにはアンテナを所定角だけカーブ路の左側方向又は右
側方向に回動させると共にこのときの最大検知距離を求
め該最大検知距離が該アンテナを回動させる前の最初の
最大検知距離より増加していることを検出したときには
該アンテナを停止させる。

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波を前方物体に発射して該前方物体との
距離及び相対速度を計測することにより障害物を検知す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は固定シングルビームのＦＭ−ＣＷ
波を用いた電磁波レーダを車両２０に搭載して直線路を
走行したときのレーダの検知範囲θ（片側θ／２[rad])
を図示したもので、その検知距離はＤ＝１００[m] に及
ぶ。

【０００３】一方、車両がカーブ路を走行するときに
は、図１０に示すように高速道路等のカーブ路における
曲率半径Ｒは、例えば道路の上り線と下り線が同一平面
上に無い分離断面での２車線道路の場合は、各車線の区
分線（点線）の中心までと定義されている。

【０００４】そこで、このようなカーブ路において、車
両２０からのレーダビーム幅θは図１１に示すようにθ
[rad] であるが、路肩防護体としての防音壁Ｗに囲まれ
ている場合のレーダ有効距離は次のようになる。

【０００５】今、右カーブ路で曲率半径Ｒ[m] である２
車線道路の左車線を走行している際の、防音壁Ｗの曲率
半径をｒ[m] とした幾何学的な関係が図１２に示されて
おり、この場合、車両の中心位置Ｃはｙ軸上の座標
（０，ｐ）とし、またビーム幅をθ／２[rad] として、
このビームと防音壁Ｗとの交点座標を、（Ｓ，ｙ₁）及
び（Ｌ，ｙ₂）（但し、Ｓ＜Ｌ）とする。

【０００６】このような幾何学的関係では、次式が得ら
れる。

【０００７】

【数１】従って、ビームと防音壁Ｗとの交点座標を与える値Ｓ及
びＬは次式のように表される。

【０００８】

【数２】もし、自車両の前方に前方車両等の障害物が無ければ、
上記の座標値Ｓ〜Ｌまでは防音壁Ｗにレーダが照射され
ることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような座標値Ｓ，
Ｌで表される検知距離は図９に示した検知距離Ｄより小
さい。

【００１０】即ち、カーブ路は２車線道路であり、道路
の１車線幅を３．６[m] であるとし、路肩幅２[m] 、左
車線の中心Ｃにレーダがあり、そのビーム角度を２度と
した場合、道路の曲率半径Ｒ＝３００[m] であれば、ｒ
＝３０５．６[m] 、ｐ＝３０１．８[m] となるので、Ｓ
＝４３．１[m] 、Ｌ＝５３．６[m] となる。

【００１１】従って、上述の如く直線で１００[m] の検
知距離を有するレーダでもＲ３００のカーブ路では最大
でも５３．６[m] の検知距離にまで低下してしまうこと
になる。

【００１２】これは、前方車両等に対しての検知性能が
低下することを意味している。

【００１３】そこで電気的にレーダビームを掃引するこ
とによりその対策を図った従来例があるが、そのために
はアンテナシステムが非常に高価になってしまう。

【００１４】また、レーダアンテナそのものをモータ等
で駆動してその対策を図る方式もあり、この方式では、
常にアンテナを掃引し続けるか、カーブ路内のみカーブ
路に沿った方向に直進方向に対してある角度傾けること
により検知距離低下の対策をとっている。

【００１５】しかしながら、これはレーダビームを電気
的に掃引する方法よりもコストがかからないものの、重
量のあるアンテナ自体を高速に掃引し続ける動作には耐
久性の問題がある。

【００１６】またカーブ路内のみアンテナにある角度を
もたせる方法は、耐久性の面で問題はないが、カーブ路
内に自車がいることを判断するためにステアリングセン
サや横方向の加速度センサ（ヨウレートセンサ）が必要
となり、そのためコストが上がるという問題がある。

【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、耐久性とコストの
両面からレーダセンサのみでカーブ路内における検知距
離の低下を改善することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る障害物検知装置は、ＦＭ−ＣＷ発射波
のアンテナを回動させる手段と、受信波と発射波とで得
られるビート信号の周波数分析の結果を受けて上昇側又
は下降側のピーク周波数を求め、該ピーク周波数の数に
対応した検知停止物の数が所定値を越えているときには
カーブ路内を走行していると判断して該回動手段を制御
し該アンテナを所定角だけ該カーブ路の左側方向又は右
側方向に回動させると共にこのときの最大検知距離を求
め該最大検知距離が該アンテナを回動させる前の最初の
最大検知距離より減少していることを検出したときには
該アンテナを反対方向に回動させ該最初の最大検知距離
より増加していることを検出したときには該回動手段の
制御を停止させる制御部と、を備えたことを特徴とする
障害物検知装置。

【００１９】

【作用】ここで、発射波を送信するアンテナを直進方向
に対してカーブ路の中心方向へφ[rad] だけ傾けること
を考えて前述と同様に下記の式に示す各座標を求めてみ
る。ただし、φ＞θ，ｐ＞ｙ₁＞ｙ₂とする。

【００２０】

【数３】

【００２１】

【数４】

【００２２】

【数５】

【００２３】

【数６】そして、一例としてφ＝４度とし、その他のパラメータ
は前記と同一として、式（１），（２）における値Ｓ，
Ｌを求めれば、Ｌ＝８０．８〔ｍ〕，Ｓ＝６６．３
〔ｍ〕となる。

【００２４】このよう、カーブ路内でアンテナをカーブ
路の中心方向にφ傾けることが検知距離低下防止に効果
があることがわかる。なお、高速道路等では道路の曲率
半径Ｒは３００〔ｍ〕が最低値であることより、実際に
必要とされるアンテナの傾き角φは、５〜６〔度〕程度
で十分である。

【００２５】ただし、アンテナをカーブ路の中心方向へ
傾けるためには、まず、車両がカーブ路内を走行してい
るのか否かを判定する必要がある。

【００２６】そこで、受信波と発射波とを混合すること
により得られるビート信号の周波数分析の結果を受けて
上昇側又は下降側のピーク周波数を求め、このピーク周
波数が前方の停止物の存在を示していることになるの
で、その数が所定値を越えているときには、図２，図３
に示すようなコーナーリフレクタＣＲが存在しているカ
ーブ路内を走行していると判断する。

【００２７】そして、更にそのカーブ路のカーブ方向が
直進方向に対して右側であるのか左側であるのかを検出
する必要があるので、制御部は回動手段を回動させるこ
とにより、該回動手段に設けられたアンテナを所定角φ
だけカーブ路の左側か又は右側に回動させる。

【００２８】この例では図２に示すように左側に所定角
φだけ傾けるものとし、このときの最大検知距離を求
め、この最大検知距離がアンテナを回動させる前の最初
の最大検知距離（検知距離は常に求められている）と比
較し、この場合には該最初の最大検知距離より減少して
いることが検出される。

【００２９】これは、カーブ方向と逆方向にアンテナを
回動させたことになるので、該アンテナを反対方向、即
ち図３に示すように右側に回動させて再びこの最大検知
距離をアンテナを回動させる前の最初の最大検知距離と
比較し、該最初の最大検知距離より増加していることを
検出したときにはレーダはカーブ路と同方向に回動され
たことになる。

【００３０】従って、このときに制御部は回動手段を停
止させて図３のようなビーム方向でカーブ路内での障害
物検知を行う。

【００３１】このようにして本発明では、新たなセンサ
は必要とせずに、通常の固定シングルビームレーダ装置
にアンテナを傾ける回動手段＝モータ等の駆動システム
を加えることだけで、カーブ路内に自車がいることを判
断しカーブ路内でアンテナをある角度に傾けることによ
りカーブ路内の検知距離低下の問題を解決している。

【００３２】

【実施例】図４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とで電波発信装置を構成しており、受信回路５は電
波受信装置を構成している。

【００３３】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５に示すような変調波を生成している。

【００３４】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、その周波数解析結果が本発明の特徴部分であ
る判定部としてのＣＰＵ１０に与えられて判定信号を出
力するものである。

【００３５】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。

【００３６】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、
そして１６はアンテナ１，４を搭載し且つ回動させるた
めの回転台である。

【００３７】なお、この実施例では、図５に示すように
送信アンテナ１と受信アンテナ４とを一体化した送受信
用アンテナ１ａを用いており、また回転台１６はモータ
とエンコーダとで構成され、送受信用アンテナ１ａを回
動させるようになっている。

【００３８】次に、この障害物検知装置の動作を説明す
ると、まず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
６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。

【００３９】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。

【００４０】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混合が行われる。この混合さ
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。

【００４１】図６は前方物体、例えば前方車両でレーダ
波が反射して来たとき、発射波と受信波のミキシングに
より得られる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。

【００４２】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ビート信号ｃが得られる。
このビート信号周波数ｆ_bは下記の原理式（７）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。

【００４３】

【数７】ｆ_b＝（４△ｆ・ｆ_m／Ｃ）Ｄ±（２ｆ_o／Ｃ）Ｖ・・式（７）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〕Ｄ：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〕

【００４４】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、

【００４５】

【数８】ｆ_r＝０．５（ｆ_up＋ｆ_dn），ｆ_d＝０．５（ｆ_up−ｆ_dn）・・式（８）となり、式（７）と（８）により、

【００４６】

【数９】Ｖ＝（Ｃ／２ｆ_o）ｆ_d，Ｄ＝（Ｃ／４△ｆ・ｆ_m）ｆ_r ・・式（９）となり、この式（９）により電波反射物体までの距離Ｄ
と相対速度Ｖが求められることになる。

【００４７】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。

【００４８】この周波数解析・信号処理部１３では、発
射波と受信波のビート信号ｃに対して周波数解析を行
う。この周波数解析とは、図７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。

【００４９】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（７）〜（９）より電
波反射物体の距離と相対速度を算出している。

【００５０】但し、電磁波の性質上、車両以外の電波反
射物体が存在するときは、その物体からの反射波を車両
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。

【００５１】ここで、防音壁やガードレール等における
コーナーリフレクタを例にとると、これらは停止物であ
り、上記の式（９）における自車速度と等しい。また、
式（１）の値Ｓ〜Ｌに渡ってレーダ波が照射されるの
で、式（９）の値Ｄのｆ_rは、図１２に示したように値
Ｓ〜Ｌに相当する周波数帯域幅を有していると考えられ
る。

【００５２】従って、一例としては、そのようなスペク
トラム形状に基づいて車両とコーナーリフレクタとを区
別することができる。

【００５３】次に、このような周波数解析結果を用いる
本発明の特徴であるＣＰＵ１０の処理動作を図８に示し
たフローチャートを参照して以下に説明する。

【００５４】ステップＳ１：このような状態で得られる
周波数解析結果を受けて、ＣＰＵ１０は上昇側又は下降
側のピーク周波数の解析を行う。これは、例えば図２，
図３に示したピーク周波数Ｆ１〜Ｆ３を検出することに
相当する。

【００５５】ステップＳ２：上記のピーク周波数から停
止物が存在するか否かを検知する。ところでカーブ路の
特徴としては、コーナリフレクターＣＲ（図２，図３）
や外灯支柱等の多くの停止物が路肩方向に存在し、また
防音壁等の壁状構造物が存在する。ＦＭ／ＣＷ方式の電
磁波センサを用いた際は、カーブ路内で、それらが停止
物として検出グされる。

【００５６】例えば、高速道路等の自動車専用道路でカ
ーブ路の検知距離低下が問題となるカーブ路の曲率半径
は３００〜９００〔ｍ〕程度の範囲である。この範囲の
カーブ路についての最大検知距離と最小検知距離の差
（Ｌ−Ｓ）＝検知範囲は式（２）式より、１０．５＜
（Ｌ−Ｓ）＜３１．５[m] となるが、カーブ路での、こ
の検知範囲内で壁状構造物を検知した際は、図２の例で
は、コーナーリフレクタＣＲを２個検知し、図３の例で
はコーナーリフレクタＣＲを１個検出した様子を示して
いる。

【００５７】ステップＳ３：ステップＳ２において検出
された停止物の数をＭとしたとき、この停止物数Ｍと予
め設定した所定値Ｓとを比較する。この所定値Ｓはアン
テナが正面を向いているときに現在のカーブ路の曲率半
径Ｒ３００〜９００〔ｍ〕で検出されるコーナーリフレ
クタＣＲの値に対応しており、Ｍ≧Ｓのときには車両が
現在カーブ路を走行していることになる。

【００５８】ステップＳ４：このようにしてカーブ路を
走行していることが分かったとき（Ｍ≧Ｓ）の停止物最
大検知距離をＤとする。即ち、上記の式（７）〜（９）
で求めた距離の内の最大の値を最大検知距離Ｄとする。
そして、この検知距離Ｄは最初の検知距離でもある。な
お、停止物の最大検知距離とは、検知している複数の停
止物の内、自車に対して最も遠い距離にある停止物との
距離のことをいう。

【００５９】ステップＳ５：現在、自車はカーブ路を走
行していることが分かったので、アンテナ１ａを自車直
進方向＝中心位置より＋φだけ左側（右側でもよい）に
傾けるように回転台１６のロータリエンコーダを制御す
る。そして、このときの停止物の最大検知距離Ｄ_Lをス
テップＳ４と同様にして求める。

【００６０】ステップＳ６：ステップＳ５で求めた検知
距離Ｄ_LとステップＳ４で求めた最初の検知距離Ｄとを
比較し、Ｄ_L≦ＤのときにはステップＳ７に進み、そう
でないときには、現在のカーブ路が左曲がりであり、ア
ンテナ１ａの傾きが適切であることが分かるのでステッ
プＳ８に進む。

【００６１】ステップＳ７：ステップＳ６でＤ_L≦Ｄで
あると判明したときには、検知距離が近くなっており自
車は現在図２に示すようにカーブ路のカーブ方向とは逆
の方向、即ち路肩方向に進んでいることが分かるので、
図３に示すようにアンテナ１ａを逆方向に同じ角度φだ
け中心から右側（上記の例に合わせれば左側でもよい）
に傾ける。

【００６２】このときには、検知距離（例えばＤ_Rとす
る）と最初の検知距離Ｄとの比較は行わない。何故な
ら、現在カーブ路を走行中であることが判っているの
で、アンテナ１ａを左側に傾けるのが不適切（ステップ
Ｓ６のＹｅｓ）であれば、右に傾けるだけでＤ_R＞Ｄと
なるのは明らかであるからである。そして、ステップＳ
８に進む。

【００６３】ステップＳ８：最後に、この制御を実行す
るための例えばスイッチ等により処理を終了するか否か
を判定し、スイッチが例えばＯＦＦとなっていればこの
リーチンから出る。

【００６４】

【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、発射波と受信波とを混合してビー
ト信号を生成し、該ビート信号の周波数分析の結果を受
けて上昇側又は下降側のピーク周波数を求めると共にピ
ーク周波数の数に対応した検知停止物の数が所定値を越
えているときにはアンテナを所定角だけカーブ路の左側
方向又は右側方向に回動させると共にこのときの最大検
知距離を求め該最大検知距離が該アンテナを回動させる
前の最初の最大検知距離より増加していることを検出し
たときには該アンテナを停止させるように構成したの
で、新たなセンサは必要とせずに、通常の固定シングル
ビームレーダ装置にアンテナを傾ける手段を加えるだけ
でカーブ路内の検知距離を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ためのグラフ図である。

【図２】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ためにカーブ路内でアンテナを傾けたときの検知範囲
（その１）を示した図である。

【図３】本発明に係る障害物検知装置の原理を説明する
ためにカーブ路内でアンテナを傾けたときの検知範囲
（その２）を示した図である。

【図４】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５】本発明に係る障害物検知装置に用いる送受信用
アンテナの実施例を示した斜視図である。

【図６】本発明及び従来例に共通な送受信波形図であ
る。

【図７】本発明及び従来例に共通な変調周波数のスペク
トラムを示した波形図である。

【図８】本発明に係る障害物検知装置に用いる判定部と
しての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９】従来から一般的に知られたＦＭ−ＣＷ波を用い
た障害物検知装置の直線路での検知範囲を示したブロッ
ク図である。

【図１０】車両が走行するカーブ路の曲率半径を説明す
るための図である。

【図１１】レーダ搭載車両のカーブ路内の様子を示した
図である。

【図１２】レーダのビーム幅と曲率半径との幾何学的関
係を示した図である。

【符号の説明】

１送信アンテナ１ａ送受信用アンテナ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１０ＣＰＵ（判定部）１１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１６回転台図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 13/34 13/60 ＤＧ０８Ｇ 1/16 Ｄ

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、該発射波のアンテナを回動させる手段と、該ビート信号
の周波数分析の結果を受けて上昇側又は下降側のピーク
周波数を求め、該ピーク周波数の数に対応した検知停止
物の数が所定値を越えているときにはカーブ路内を走行
していると判断して該回動手段を制御し該アンテナを所
定角だけ該カーブ路の左側方向又は右側方向に回動させ
ると共にこのときの最大検知距離を求め該最大検知距離
が該アンテナを回動させる前の最初の最大検知距離より
減少していることを検出したときのみ該アンテナを反対
方向に回動させ該最初の最大検知距離より増加している
ことを検出したときには該回動手段の制御を停止させる
制御部と、を備えたことを特徴とする障害物検知装置。