(57)【要約】      （修正有）【課題】ビーム走査を行わずに広角度検知を実現でき、車両の側方ないしは前側方の移動体を検知するうえで有利な車両用レーダ装置を提供する。【解決手段】車長方向と交差する方向に配向された送信アンテナと、車長方向にずれて配置された第１および第２の受信アンテナと、送信アンテナから無変調ＣＷ／変調ＣＷを切替えて送信可能なミリ波送信部と、各受信アンテナの受信信号を処理する信号処理ユニットとを備え、ミリ波送信部により無変調ＣＷを送信し、第１の受信アンテナで受信した反射波と送信波より得られる第１のドップラー信号（Δｆ１）と、第２の受信アンテナで受信した反射波とミリ波より得られる第２のドップラー信号（Δｆ２）とから移動体の相対速度と方向を検知する第１の検知モードを実行し、移動体の相対速度が閾値以上の場合に、送信波を変調ＣＷに切替え、その受信信号成分から移動体の距離を計算する第２の検知モードを実行する。【選択図】図３
2020012702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側方ないしは前側方を監視する車両用レーダ装置であって、
車長方向と交差する方向に配向された送信アンテナと、
車長方向にずれて配置された第１および第２の受信アンテナと、
前記送信アンテナから無変調ＣＷ／変調ＣＷを切替えて送信可能なミリ波送信部と、
前記各受信アンテナで受信した信号を処理する信号処理ユニットと、を備え、
前記ミリ波送信部により前記送信アンテナから無変調ＣＷを送信し、前記第１の受信アンテナで受信した反射波と送信波より得られる第１のドップラー信号と、前記第２の受信アンテナで受信した反射波と前記ミリ波より得られる第２のドップラー信号とから移動体の相対速度と方向を検知する第１の検知モードを実行し、
前記移動体の相対速度が閾値以上の場合に、前記ミリ波送信部による前記送信アンテナからの送信波を変調ＣＷに切替え、その受信信号成分から前記移動体の距離を計算する第２の検知モードを実行するように構成されている、車両用レーダ装置。
【請求項２】
前記第１の受信アンテナが前記送信アンテナに対して車長方向前側にずれて配置され、かつ、前記第２の受信アンテナが前記送信アンテナに対して車長方向後側にずれて配置されている、請求項１記載の車両用レーダ装置。
【請求項３】
前記変調ＣＷは、ＦＭＣＷである、請求項１または２記載の車両用レーダ装置。
【請求項４】
前記送信アンテナ、前記第１の受信アンテナ、前記第２の受信アンテナは、車両側方から斜前側方の間でビーム幅のオーバーラップが７０度以上である、請求項１〜３の何れか一項記載の車両用レーダ装置。
【請求項５】
前記送信アンテナの放射方向に対して、前記第１の受信アンテナのビーム方向は車長方向前方に偏角を有するように配向され、前記第２の受信アンテナのビーム方向は車長方向後方に偏角を有するように配向されている、請求項４記載の車両用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用レーダ装置に関し、さらに詳しくは、車両の側方ないしは前側方の移動体検知のための車両用レーダ装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
車両には他の移動体や静止物体を検知するためのセンサが搭載されている。例えば、車両前部には、カメラやミリ波レーダ、ＬＩＤＥＲなどが搭載されるが、カメラは夜間や悪天候時の検出精度に課題がある。ＬＩＤＥＲは、静止物体の立体形状を広角で検知するのに有利であるが、移動体の相対速度検知には複雑なシステムが必要となる問題がある。
【０００３】
ミリ波レーダは、天候に左右されず、検知距離が長いので遠方監視に適しており、高速度域における前方車両や障害物の監視に活用されているが、検知感度を確保するために高ゲインとすると放射角度が狭くなる問題がある。
【０００４】
ところで、他の移動体を検知すべき道路状況として、自車走路上の先行車や後続車の検知の他に、交差点において左右方向から接近する移動体（四輪車、二輪車、自転車）がある。特に、信号の無い交差点や優先順位が不明確な交差点、見通しの悪い交差点などでは出会い頭事故が発生し易い。交差する道路も必ずしも直角に交わるとは限らないため、広い範囲を検知する必要があるうえ、相対速度の高い車両も想定されるため、高い検知感度も要求される。
【０００５】
ミリ波レーダで検知感度を維持しつつ広範囲の検知を行う場合、電子制御によりビーム走査を行う方法もある（例えば特許文献１参照）。しかし、装置の複雑化は否めず、車両の側方ないしは前側方の移動体検知を行う場合、バンパー内の限られた空間にレーダ装置を取り付ける必要があり、取付けスペースの問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−６０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、ビーム走査を行わずに広角度検知を実現でき、車両の側方ないしは前側方の移動体を検知するうえで有利な車両用レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、
側方ないしは前側方を監視する車両用レーダ装置であって、
車長方向と交差する方向に配向された送信アンテナと、
車長方向にずれて配置された第１および第２の受信アンテナと、
前記送信アンテナから無変調ＣＷ／変調ＣＷを切替えて送信可能なミリ波送信部と、
前記各受信アンテナで受信した信号を処理する信号処理ユニットと、を備え、
前記ミリ波送信部により前記送信アンテナから無変調ＣＷを送信し、前記第１の受信アンテナで受信した反射波と送信波より得られる第１のドップラー信号と、前記第２の受信アンテナで受信した反射波と前記ミリ波より得られる第２のドップラー信号とから移動体の相対速度と方向を検知する第１の検知モードを実行し、
前記移動体の相対速度が閾値以上の場合に、前記ミリ波送信部による前記送信アンテナからの送信波を変調ＣＷに切替え、受信信号成分から前記移動体の距離を計算する第２の検知モードを実行するように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車両用レーダ装置は、上記のように、第１の検知モードで、無変調ＣＷを広角送信し、車両の側方ないしは前側方の広範囲から接近する移動体の相対速度と方向を検知し、相対速度が閾値以上の移動体を検知した場合には、第２の検知モードで送信波を変調ＣＷに切替え、移動体までの距離を計算する構成により、ビーム走査を行わずに広角度検知を実現でき、車両の側方ないしは前側方から接近する移動体を簡素な構成により高感度で検知できる。しかもアンテナ自体には高利得を必要としないので、小型化に適しており、車両のバンパー内の限られた空間に設置するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明実施形態のレーダ装置を示すブロック図である。
【図２】本発明実施形態のレーダ装置を備えた車両の平面図である。
【図３】本発明実施形態のレーダ装置による移動体検知を示す模式図である。
【図４】（ａ）は側方、（ｂ）は前側方から接近する移動体の相対速度と方位の検知を示す模式図である。
【図５】本発明実施形態のレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】第１の検知モードから第２の検知モードへの移行を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明実施形態のレーダ装置１を示すブロック図であり、図１において、本発明実施形態に係るレーダ装置１は、送信アンテナ１０、第１および第２の受信アンテナ１１，１２、ミリ波送信部２０、第１および第２の受信アンプ・ミキサ２１，２２、信号変調部３０、バンドパスフィルタ３１，３２、ＡＤコンバータ４１，４２、および、信号処理ユニット４０を備えている。
【００１２】
図２に示すように、レーダ装置１（Ｌ，Ｒ）は、車両４の左右側方ないしは前側方から接近する移動体を検知できるように、車両４の左右の前側部に側方に向けて配置されている。左右のレーダ装置１（Ｌ，Ｒ）は、同構造のものが対象に配置され、それぞれの送信アンテナ１０および受信アンテナ１１，１２は、車長方向ｘに並べて共通の取付けフレームに固定配置され、バンパーフェイシア（樹脂バンパー）の内側に配設されている。なお、車両４は、この他に前方監視用のミリ波レーダ装置２、ステレオカメラまたは単眼カメラからなるカメラ装置３を搭載している。
【００１３】
送信アンテナ１０は、２つの受信アンテナ１１，１２の中央に配置され、車両４の車長方向ｘと交差する方向に配向されており、図示例では、車両４の進行方向ａに対して６５度の方向に配向されている。送信アンテナ１０のビーム幅（放射角度、半値角）は、放射方向を中心として水平面内で±３０〜４５度、全体では６０〜９０度の広角となるように設定され、可及的に広範囲を検知できるように、図示例では約８５度に設定されている。
【００１４】
２つの受信アンテナ１１，１２のうち、第１の受信アンテナ１１は、送信アンテナ１０に対して車長方向前側に所定寸法だけずれて配置され、第２の受信アンテナ１２は、送信アンテナ１０に対して車長方向後側に前記所定寸法だけずれて配置されている。２つの受信アンテナ１１，１２のビーム幅１１ａ，１２ａは、送信アンテナ１０と同様に放射方向を中心として水平面内で±３０〜４５度、全体では６０〜９０度の広角となるように設定され、図示例では約８５度に設定されている。
【００１５】
２つの受信アンテナ１１，１２は、送信アンテナ１０と同方向に配向することもできるが、図示例のように、第１の受信アンテナ１１は送信アンテナ１０に対して車長方向前側に、第２の受信アンテナ１２は送信アンテナ１０に対して車長方向後側に、それぞれ１〜５度の偏角を有するように配向することもできる。送信アンテナ１０および受信アンテナ１１，１２としては、小型平面パッチアレーアンテナを好適に使用できる。
【００１６】
ミリ波送信部２０は、送信波となるミリ波（７６ＧＨｚ）発振器、送信波の一部を受信アンプ・ミキサ２１，２２に分配するための方向性結合器、パワーアンプなどで構成され、ＦＭ変調信号を発生する信号変調部３０をオン／オフすることで、無変調連続波（ＣＷ）と周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）を切替えて送信アンテナ１０より出力可能である。
【００１７】
受信アンプ・ミキサ２１，２２は、それぞれ、受信アンテナ１１，１２で受信した反射波を増幅する低ノイズアンプ、および、増幅した反射波をミリ波送信部２０から分配されたローカル波と混合してビート信号を生成するミキサで構成される。
【００１８】
信号処理ユニット４０は、生成されたビート信号の周波数解析を行うＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理、無変調連続波（ＣＷ）送信時の受信信号成分から移動体の相対速度と方向を計算する１次処理（第１の検知モード）、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）送信時の受信信号成分から移動体の距離を計算する２次処理（第２の検知モード）を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（フラッシュメモリ）、演算処理を行うＣＰＵ、前記プログラムが読み出され前記ＣＰＵの作業領域および演算結果の一時記憶領域となるＲＡＭ、および入出力インターフェースなどを備えたコンピュータ（ＭＰＵ）として実装される。
【００１９】
以上のように構成されたレーダ装置１は、無変調ＣＷ方式により広範囲にある移動体の相対速度と方向を検知する行う第１の検知モードを実行し、それにより移動体が検出された場合にその移動体に対してＦＭＣＷ方式により精密な距離を検知する第２の検知モードを実行する２段階の検知を行うように構成されている。
【００２０】
車両の側方ないしは前側方から接近する移動体を検知するためには、広角検知が不可欠であるが、ビーム幅（放射角度）を広げると相対的にアンテナ利得が低下し、検知感度も低下することは既に述べた通りである。レーダの最大レンジは、アンテナ利得に比例し、受信部の雑音帯域幅に反比例する。また、受信部のノイズ強度は信号の周波数帯域幅に比例する。
【００２１】
そこで、第１の検知モードで、周波数帯域幅が狭い無変調ＣＷを送信することにより、受信部のノイズを抑制して検知感度を確保しつつ広範囲での移動体検知が可能となる。一般に、ＦＭ変調時の周波数帯域幅が数千ＭＨｚであるのに対し、無変調ＣＷの周波数帯域幅は数ＭＨｚに過ぎない。
【００２２】
さらに、無変調ＣＷ方式で移動体を検知すると、その受信信号の周波数帯域が判明するので、その周波数帯域に合わせてバンドパスフィルタ３１，３２を挿入可能となり、ノイズの無い信号を得ることが可能となる。
【００２３】
（第１の検知モード）
図３は、車両４のレーダ装置１による移動体検知の例として、車両４の進路前方を横切るように右から左に向かって走行する移動体５（他車両）が存在する場合を示している。図示のように、レーダ装置１Ｒの送信アンテナ１０から、車両４の進行方向ａに対して右側方ないし右前側方に広角のビーム幅を有する無変調ＣＷ（ミリ波）を送信波１０ｗとして放射すると、移動体５による反射波１１ｗ，１２ｗが第１、第２の受信アンテナ１１，１２に到達する。
【００２４】
この反射波１１ｗ，１２ｗは、移動体５の相対速度に応じてドップラーシフトしており、受信アンプ・ミキサ２１，２２でローカル波（送信波）と混合されることで、ドップラー周波数（差分周波数）に応じたビート信号が検出される。この際、２つの受信アンテナ１１，１２は、送信アンテナ１０に対して車長方向（進行方向ａ）の前方と後方にずれて配置されているので、以下のように移動体５の相対速度と方向を検知できる。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、車両４に対して移動体５ａが真横から速度Ｖで接近している場合は、移動体５ａと２つの受信アンテナ１１，１２の距離と方位が等しいので、ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２は等しく、相対速度Ｖｃは移動体５の速度Ｖと等しい。
【００２６】
一方、図４（ｂ）に示すように、移動体５ｂが車両４の進路前方を横切るように速度Ｖで走行している場合は、移動体５ｂと２つの受信アンテナ１１，１２の距離と方位が異なり、それに応じてドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２も異なるので、Δｆ１とΔｆ２の差から移動体５ｂの方位を求めることができる。
【００２７】
移動体５が自車両４の前側方にあれば、受信アンテナ１１の方が受信アンテナ１２よりも検知距離が短いので、ドップラー周波数は、Δｆ１＞Δｆ２となる。逆に、移動体５が自車両４の後側方にあれば、受信アンテナ１１の方が受信アンテナ１２よりも検知距離が長くなるので、ドップラー周波数は、Δｆ１＜Δｆ２となる。
【００２８】
すなわち、移動体が真横にある場合、換言すれば、車両４の進行方向ａに対する移動体の方位角が９０度の場合は、ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２の差はゼロであり、移動体が前側方にあるほど、換言すれば、進行方向ａに対する移動体の方位角が減少するほど、ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２の差が大きくなる。これは、進行方向ａに対する方位角の余弦との相関を示しており、周波数Δｆ１、Δｆ２の差から方位を推定できる。
【００２９】
ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２の位相差と２つの受信アンテナ１１，１２の間隔から方位を計算することもできるが、上記のように、ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２の差から移動体の方位を直接推定することで処理が簡略化され、かつ、車両４の側方ないしは前側方から接近する移動体を検知するレーダ装置１の目的に適うものとなる。
【００３０】
移動体５の相対速度Ｖｃは、ドップラー周波数Δｆ１、Δｆ２より、次式から求めることができる。但し、Ｃは光速である。
Ｖｃ＝（Ｃ／２ｆ）（Δｆ１＋Δｆ２）／２
【００３１】
また、２つの受信アンテナ１１，１２は車長方向ｘにずれて配置されているので、前側の受信アンテナ１１のみで検知された場合は前方の移動体であり、後側の受信アンテナ１２のみで検知された移動体は後方の移動体ということになる。２つの受信アンテナ１１，１２が前後に偏角を有して配向されている場合は、その分、前後何れかの受信アンテナ１１，１２で検知される可能性が増し、オーバーラップする領域とその前後のオーバーラップしない領域の３つの検知領域を持つことになる。
【００３２】
（第２の検知モード）
上記のような無変調ＣＷ方式による第１の検知モードで移動体５（５ａ，５ｂ）の相対速度と方位が検知され、かつ、相対速度が所定の閾値以上の有意な値の場合は、信号変調部３０をオンに切替え、ＦＭＣＷ方式による第２の検知モードに移行し、移動体５までの距離を計測する。なお、第２の検知モードでは帯域幅が広がり、２つの受信アンテナ１１，１２の受信信号は実質的に同じになるため、一方の信号のみを用いてもよい。
【００３３】
ＦＭＣＷ方式では、送信波に変調周期Ｔ、周波数変調幅ΔＦのＦＭ変調（三角波）をかけることで、移動体５で反射された受信波は、移動体５との相対速度Ｖｃに応じてドップラーシフトし、ドップラー周波数（差分周波数）に応じたビート信号ｆＢＨ，ｆＢＬが検出されるともに、移動体５との距離Ｌに応じた往復伝搬遅延時間τ＝２Ｌ／Ｃを生じることから、距離Ｌ、相対速度Ｖｃは、次式により求められる。
Ｌ＝ＣＴ（ｆＢＨ＋ｆＢＬ）／８ΔＦ
Ｖｃ＝Ｃ（ｆＢＨ−ｆＢＬ）／４ｆ
【００３４】
図６は、無変調ＣＷ方式による第１の検知モードから、ＦＭＣＷ方式による第２の検知モードへの移行を示している。先ず、第１の検知モードにおいて、ドップラー信号ｆｄが検知され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用してＦＦＴ処理されることで、ドップラー周波数が特定され、この時点で移動体（Ｔｇ）の相対速度と方向が求められ、次いで、ＦＭ変調を開始して第２の検知モードに移行し、ビート信号ｆＢＨ，ｆＢＬが検出され、移動体（Ｔｇ）までの距離が求められる。
【００３５】
複数の移動体（Ｔｇ，Ｔｇ′・・）が存在する場合でも、相対速度や方位が全く同じということはないので、第１の検知モードにおいて、異なるドップラー信号ｆｄ′として同時または順次検出され、さらに、第２の検知モードにおいて、異なるビート信号ｆＢＨ′，ｆＢＬ′が検出され、距離や方位が異なる別の移動体（Ｔｇ′）として検知されることになる。
【００３６】
一般に、ＦＭＣＷ方式では相対速度のない物標まで検知されるが、この第２の検知モードでは、第１の検知モードで有意な相対速度を有する移動体を検知し、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を適用して、その移動体にロックオンした状態で、ＦＭＣＷ方式による第２の検知モードに移行するので、計算処理への負担が少なく、重要度の高いターゲットのみを確実に検知できる。
【００３７】
（移動体検知の動作フロー）
次に、上記実施形態に基づく車両用レーダ装置の動作について図５を用いて説明する。
車両４の外界検知システムが起動されると、レーダ装置１は第１の検知モードとなり、信号変調部３０はオフに維持され、ミリ波送信部２０は送信アンテナ１０から無変調ＣＷのミリ波を進行方向ａの側方ないし前側方の広角に放射する（ステップ１００）。
【００３８】
同時に、信号処理ユニット４０は、受信アンテナ１１，１２、受信アンプ・ミキサ２１，２２、ＡＤコンバータ４１，４２を介して反射波と送信波より得られるドップラー信号（ビート信号）の検知を開始する（ステップ１０１）。
【００３９】
受信アンテナ１１，１２に受信した反射波からドップラー信号を検出した場合には、移動体が検知されたものと見做して、当該ドップラー信号の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ３１，３２を適用し、ＦＦＴによりドップラー周波数Δｆ１，Δｆ２を特定する（ステップ１０２）。
【００４０】
次いで、信号処理ユニット４０は、それぞれのドップラー周波数Δｆ１，Δｆ２に基づいて移動体の相対速度Ｖｃと方向を計算し（ステップ１０３）、相対速度Ｖｃが所定の閾値以上か否かを判定する（ステップ１０４）。相対速度Ｖｃが閾値未満の場合は、緊急性は低いと見做し、第１の検知モード（無変調ＣＷ方式）による移動体検知を継続する。
【００４１】
相対速度Ｖｃが閾値以上の場合は、信号変調部３０がオンとなり、送信波がＦＭ変調され、ＦＭＣＷ方式による第２の検知モードに移行する（ステップ１１０）。ＦＭ変調された送信波とその反射波より生成されるビード信号にＦＦＴを適用してビード周波数を求め、それに基づいて移動体までの距離Ｌを計算する（ステップ１１１）。
【００４２】
移動体までの距離Ｌと相対速度Ｖｃより算出される到達予測時間ＴＴＣが所定時間以内の場合（ステップ１１２）、移動体が危険範囲内に接近しているものと判断し、音声、表示ランプ、画面表示などによる警報手段に警報出力を行い、運転者に移動体の接近を警報する（ステップ１１３）。または、車両４のＥＳＰ／ＡＢＳコントローラに制動指令を出力し自動ブレーキを作動させるなどの回避措置を実施する。
【００４３】
以上述べたように、本発明に係る車両用レーダ装置は、図３に示すように、車両の側方ないし前側方の広範囲の移動体を検知でき、交差点において左右方向から接近する移動体（四輪車、二輪車、自転車）の検知に適しており、特に、信号の無い交差点や優先順位が不明確な交差点、見通しの悪い交差点などにおける出会い頭事故を未然に防止するうえで有利である。
【００４４】
上記実施形態では、第２の検知モードにおいて、２つのビート信号ｆＢＨ，ｆＢＬが得られる三角波でＦＭ変調する場合について述べたが、鋸波でＦＭ変調する高速ＦＭＣＷ方式の信号処理を行うこともできる。また、ＦＭＣＷ方式の代わりに、２周波ＣＷ方式で信号処理を行い、移動体の距離を求めることもできる。
【００４５】
また、上記実施形態では、第１、第２の受信アンテナ１１，１２の中央に送信アンテナ１０が配置される場合を示したが、必ずしも中央に配置される必要は無い。
【００４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能であることを付言する。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ｌ，１Ｒ  レーダ装置
４  車両
５，５ａ，５ｂ  移動体
１０  送信アンテナ
１１  第１の受信アンテナ
１２  第２の受信アンテナ
２０  ミリ波送信部
２１  第１の受信アンプ・ミキサ
２２  第２の受信アンプ・ミキサ
３０  信号変調部
４０  信号処理ユニット
【図１】
2020012702.tif 000003
【図２】
2020012702.tif 000004
【図３】
2020012702.tif 000005
【図４】
2020012702.tif 000006
【図５】
2020012702.tif 000007
【図６】
2020012702.tif 000008