(57)【要約】【課題】低コストで障害物の存在方向を検出可能な障害物検出装置を提供する。【解決手段】車両の周辺に周波数変調を施したシングルビームの検知波信号を照射し、当該検知波信号が障害物から反射されて成る反射波信号に応じたビート信号を取得するＦＭ−ＣＷ方式のレーダー装置と、車両が所定距離移動する毎にレーダー装置において受信したビート信号を記憶する記憶手段と、記憶装置に記憶された反射波信号を、当該ビート信号を受信した各時点から現時点までの車両の移動距離に応じた位相だけ各々シフトさせる位相シフト手段と、位相シフト手段によりシフトされたビート信号を、複数のアンテナ素子において同時に受信した反射波信号とみなしてディジタルビームフォーミング処理することによって障害物の存在方向を算出するビーム合成手段とを備えることを特徴とする障害物検出装置である。【選択図】図２
2011220779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、当該車両周囲の障害物を検出する障害物検出装置であって、
前記車両の周辺に周波数変調を施したシングルビームの検知波信号を照射し、当該検知波信号が障害物から反射されて成る反射波信号に応じたビート信号を取得するＦＭ−ＣＷ方式のレーダー装置と、
前記車両が所定距離移動する毎に前記レーダー装置において受信した前記ビート信号を記憶する記憶手段と、
前記記憶装置に記憶された前記ビート信号を、前記所定距離に応じた位相だけ各々シフトさせる位相シフト手段と、
前記位相シフト手段によりシフトされた前記ビート信号を、複数のアンテナ素子において同時に受信した前記反射波信号とみなしてディジタルビームフォーミング処理することによって前記障害物の存在方向を算出するビーム合成手段とを備えることを特徴とする、障害物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物検出装置に関し、より特定的には、車両に搭載される障害物検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両周囲の障害物を検出する障害物検出装置が開発されている。このような障害物検出装置は、例えば、駐車場内に存在する他車両を障害物として検知することによって、駐車スペースの検出や駐車操作案内等の支援を行う駐車支援システムの一部として用いられている。
【０００３】
上記のような障害物検出装置の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される障害物検出装置は、送信波を周囲へ送信し、当該パルス波が障害物に反射して成る反射波を、アレイ状に配置された複数のアンテナ素子によって受信する。そして、当該障害物検出装置は、各センサで受信した反射波の位相差に基づいて、当該障害物の存在方向を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４３３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるような従来の障害物検出装置では、障害物の存在方向を検出するために、障害物からの反射波を受信するアンテナ素子を複数個搭載する必要があっため、当該装置を構築するために高いコストが必要となってしまう問題があった。また、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置するために、装置が大型化したり、当該装置の重量が重くなったりする等の問題があった。
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みて成されたものであり、低コストで障害物の存在方向を検出可能とする障害物検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本願は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、車両に搭載され、当該車両周囲の障害物を検出する障害物検出装置であって、車両の周辺に周波数変調を施したシングルビームの検知波信号を照射し、当該検知波信号が障害物から反射されて成る反射波信号に応じたビート信号を取得するＦＭ−ＣＷ方式のレーダー装置と、車両が所定距離移動する毎にレーダー装置において受信したビート信号を記憶する記憶手段と、記憶装置に記憶されたビート信号を、当該ビート信号を所定距離に応じた位相だけ各々シフトさせる位相シフト手段と、位相シフト手段によりシフトされたビート信号を、複数のアンテナ素子において同時に受信した反射波信号とみなしてディジタルビームフォーミング処理することによって障害物の存在方向を算出するビーム合成手段とを備えることを特徴とする障害物検出装置である。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、単体では障害物の方向を検知不可能なレーダー装置のみが車両に搭載されている場合であっても、当該レーダー装置から得られた情報に基づいて障害物の存在方向を算出することができる。したがって、障害物の存在方向を検出するために、アレイアンテナ等の複数のアンテナ素子を搭載する高価なレーダー装置を車両に搭載する必要がない。すなわち、第１の発明によれば、低コストで障害物の存在方向を検出することができる。また、従来装置に比べ少ないハードウェアで従来装置と同様の機能を得ることができるため、装置の小型化、および軽量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】障害物検出装置１の構成を示すブロック図の一例
【図２】ＥＣＵ２０が実行する処理の詳細を示すフローチャートの一例
【図３】障害物検出装置１が障害物を検出する様子を示す図
【図４】図３に示すアンテナ素子１１の近傍の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る障害物検出装置１について説明する。障害物検出装置１は、車両１００に搭載され、当該車両１００の周囲の障害物を検出する装置である。先ず、図１を参照して障害物検出装置１の構成について説明する。なお、図１は、障害物検出装置１の構成を示すブロック図の一例である。図１に示すように、障害物検出装置１は、レーダー装置１０、およびＥＣＵ２０を備える。また、車両１００は、車速センサ３０および車両制御装置４０を備える。車速センサ３０および車両制御装置４０は、各々ＥＣＵ２０と電気的に接続される。
【００１１】
レーダー装置１０は、電磁波や超音波等の検出波信号を車両１００の周囲に照射し、当該検出波信号が障害物から反射されて成る反射波信号を受信し、当該反射波信号に応じて得られるビート信号Ｆ（ｎ）、および当該障害物までの検出距離Ｌ（ｎ）を検出する装置である。レーダー装置１０は、典型的には、ＦＭ−ＣＷ(Frequency Modulation Continuous Wave)方式のシングルビーム型レーダー装置である。レーダー装置１０は、検出波信号を送受信するアンテナ素子１１を１つ備える。アンテナ素子１１は、例えば、ミリ波長帯の電磁波を周波数変調して成るチャープ信号を検出波信号として車両１００の周囲へ送信する。そして、レーダー装置１０は、検出波信号と反射波信号とをミキシング処理することによって、ビート信号Ｆ（ｎ）を算出する。また、レーダー装置１０は、ビート信号Ｆ（ｎ）のピーク周波数に基づいて検出距離Ｌ（ｎ）を算出する。レーダー装置１０は、ＥＣＵ２０と電気的に接続され、ビート信号Ｆ（ｎ）および検出距離Ｌ（ｎ）を示すデータをＥＣＵ２０へ送信する。なお、レーダー装置１０は、例えば、車両１００の前側方に搭載され、車両１００の側方に存在する障害物を検出するものとする。
【００１２】
なお、検出距離Ｌ（ｎ）の添え字のｎは、任意の自然数であり、現在時刻を表すものとする。そして、ｎ−１，ｎ−２，…は各々、１サンプリング時間前、２サンプリング時間前、…の時刻を示すものとする。すなわち、Ｌ（ｎ）は、現時点における障害物までの距離を示し、Ｌ（ｎ−１）は、１サンプリング前の時点において検出した検出距離を示す。相対速度Ｖｒ（ｎ）および位相φ（ｎ）の添え字ｎについても同様の時刻を示すものとする。ビート信号Ｆ（ｎ）の添え字ｎについても同様に当該信号を検出した時刻を示すものとする。また、以下では任意の時点において得られた上記各パラメータを表す際に、自然数ｋを用いて、例えば、検出距離Ｌ（ｎ−ｋ）などとして表す。なお、ｋはｎ以下の任意の自然数とする。
【００１３】
なお、レーダー装置１０は、送受信する検出波信号を符号化（コード化）処理することが好ましい。このような符号化処理によれば、例えば、車両１００がレーダー装置１０以外の他のレーダー装置を搭載している場合や、他のレーダー装置を搭載した車両が車両１００の近傍に存在する場合などにおいて、レーダー装置１０が送受信する検出波信号と他のレーダー装置が送受信する検出波信号とが混信することを防ぐことができる。なお、上記レーダー装置１０の具体例は一例であり、上述の機能を有する装置であれば、任意の方式のレーダー装置をレーダー装置１０として用いて構わない。例えば、レーダー装置１０は、超音波信号や、レーザー等の光信号を送受信して障害物を検出するレーダー装置であっても構わない。
【００１４】
ＥＣＵ２０は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）などの情報処理装置、メモリなどの記憶装置、およびインターフェース回路などを備える制御装置である。ＥＣＵ２０は、レーダー装置１０および車速センサ３０から取得した情報に基づいて障害物の存在方向を算出する。以下、ＥＣＵ２０により算出された障害物の存在方向を検出方向θと呼称する。ＥＣＵ２０は、検出距離Ｌ（ｎ）、および検出方向θを示すデータを車両制御装置４０へ出力する。
【００１５】
車速センサ３０は、車両１００の走行速度（以下、自車速度Ｖｓと呼称する）を検出するセンサ装置である。車速センサ３０は、検出した自車速度Ｖｓを示すデータをＥＣＵ２０へ送信する。なお、車速センサ３０は、従来周知の任意の手法を用いて自車速度Ｖｓを検出して良い。
【００１６】
駐車支援装置４０は、自車両１００のドライバーの駐車操作を支援する装置である。駐車支援装置４０は、例えば、ＥＣＵ２０から受信した検出距離Ｌ（ｎ）および検出方向θ（ｎ）に基づいて障害物の位置をマッピングする。そして、駐車支援装置４０は、自車両１００を駐車可能な領域を検出すると、当該位置を画像表示や音声等によりドライバーに通知する。また、駐車支援装置４０は、自車両１００と障害物との衝突の危険性を予測し、当該衝突の危険性が高い場合に警報を発したり、自車両１００のブレーキを自動的に作動させたりする。本発明に係る障害物検出装置１によれば検出距離Ｌ（ｎ）だけでなく検出方向θ（ｎ）を検出することが可能であるため、駐車支援装置４０において、自車両１００と障害物との位置関係を正確に把握し、ドライバーの駐車操作を適切に支援することができる。
【００１７】
次いで、図２を参照して、ＥＣＵ２０が実行する処理について説明する。図２は、ＥＣＵ２０が実行する処理の詳細を示すフローチャートの一例である。ＥＣＵ２０は、例えば、車両１００のＩＧ電源がオン状態に設定された場合に、図２のフローチャートの処理を開始する。ＥＣＵ２０は、図２のフローチャートの処理を開始すると、先ず、ステップＳ１の処理を実行する。
【００１８】
ステップＳ１において、ＥＣＵ２０は、車両１００が距離間隔ｄｔｈだけ移動したか否か判定する。具体的には、先ず、ＥＣＵ２０は、前回障害物についての検出距離Ｌ（ｎ）の検出および検出方向θを算出する処理（以下、サンプリング処理と呼称する）を行った時刻Ｔ（ｎ−１）から、現時刻Ｔ（ｎ）までの間に車両１００が移動した移動距離ｄを算出する。より詳細には、ＥＣＵ２０は、時刻Ｔ（ｎ−１）から、現時刻Ｔ（ｎ）までの経過時間Δｔを計測する。そして、車速センサ３０から取得した自車速度Ｖｓ、経過時間Δｔ、および下記式（４）に基づいて移動距離ｄを算出する。
ｄ＝Ｖｓ×Δｔ      …（１）
なお、上記移動距離ｄの算出方法は一例であり、ＥＣＵ２０は従来周知の任意の手法を用いて移動距離ｄを算出して構わない。例えば、自車速度Ｖｓが時間的に変化している場合には、ＥＣＵ２０は、自車速度Ｖｓを時間積分して移動距離ｄを算出しても構わない。また、車両１００が移動距離ｄを検出するエンコーダ等のセンサを搭載している場合には、ＥＣＵ２０は当該センサの出力値に基づいて移動距離ｄを取得しても構わない。
【００１９】
次いで、ＥＣＵ２０は、算出した移動距離ｄが距離間隔ｄｔｈ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ２０は、移動距離ｄが距離間隔ｄｔｈ以上である場合、車両１００が距離間隔ｄｔｈだけ移動したと判定し、処理をステップＳ２へ進める。一方、ＥＣＵ２０は、移動距離ｄが距離間隔ｄｔｈ未満である場合、車両１００が距離間隔ｄｔｈだけ移動していないと判定し、処理をステップＳ６へ進める。
【００２０】
ステップＳ２において、ＥＣＵ２０は、現時刻Ｔ（ｎ）におけるビート信号Ｆ（ｎ）および検出距離Ｌ（ｎ）をレーダー装置１０から取得し、当該時刻と対応付けてＥＣＵ２０の記憶装置に記憶する。なお、ＥＣＵ２０は、ビート信号については最新のｎ個の情報を保持するものとして良い。すなわち、ＥＣＵ２０は、既にｎ個の過去のビート信号のデータを記憶している場合には最新のデータを追加し、最も古いデータを破棄しても良い。ＥＣＵ２０は、ステップＳ２の処理を完了すると、処理をステップＳ３へ進める。
【００２１】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２０は、シフト位相量Δφ（ｎ−１）、Δφ（ｎ−２）、…Δφ（１）、Δφ（０）を算出する。シフト位相量Δφ（ｎ−ｋ）は、各々、任意の過去時点Ｔ（ｎ−ｋ）において検出されたビート信号Ｆ（ｎ−ｋ）が、現在時刻Ｔ（ｎ）において検出されたと仮定した場合に、過去時点Ｔ（ｎ−ｋ）からどの程度位相がずれているかを示す値である。以下、図３および図４を参照してＥＣＵ２０がシフト位相量Δφ（ｎ−ｋ）を算出する方法について説明する。なお、図３は、ＥＣＵ２０が検出方向θを算出する際に用いる各種パラメータの定義を示す図である。また、図４は、図３に示すアンテナ素子１１の近傍の拡大図である。
【００２２】
現在時刻Ｔ（ｎ）における車両１００から障害物までの検出波信号の伝搬距離Ｒ（ｎ）は、下式（２）によって表すことができる。
Ｒ（ｎ）＝２×Ｌ（ｎ）      …（２）
ここで、図４に示すように移動距離ｄｔｈに対して伝搬距離Ｒ（ｎ）、Ｒ（ｎ−１）、Ｒ（ｎ−２）…Ｒ（０）は充分に大きいため、これらの伝搬距離を算出する際の検出波信号の伝搬経路は略並行と見なすことができる。したがって、過去時点Ｔ（ｎ−１）における車両１００から障害物までの検出波信号の伝搬距離Ｒ（ｎ−１）は、当該過去時点Ｔ（ｎ−１）から現在時刻Ｔ（ｎ）までの車両１００の移動距離ｄｔｈに応じて下式（３）によって表すことができる。
Ｒ（ｎ−１）＝２×｛Ｌ（ｎ）＋ｄｔｈ×sinθ｝      …（３）
ここで、シフト位相量Δφ（ｎ−１）は、下式（４）のように表すことができる。
Δφ（ｎ−１）＝Ｒ（ｎ−１）−Ｒ（ｎ）      …（４）
上式（４）は、式（２）および式（３）に基づいて下式（５）のように変形することができる。
Δφ（ｎ−１）＝２×ｄｔｈ×sinθ      …（５）
したがって、ＥＣＵ２０は、上式（５）に基づいてシフト位相量Δφ（ｎ−１）を算出する。
【００２３】
同様にして、ＥＣＵ２０は、各時点において検出したビート信号各々に応じたシフト位相量を算出する。例えば、過去時点Ｔ（ｎ−２）における車両１００から障害物までの検出波信号の伝搬距離Ｒ（ｎ−２）は、当該過去時点Ｔ（ｎ−２）から現在時刻Ｔ（ｎ）までの車両１００の移動距離（ｄｔｈ×２）に応じて下式（６）によって表すことができる。
Ｒ（ｎ）＝２×｛Ｌ（ｎ）＋ｄｔｈ×２×sinθ｝      …（６）
したがって、過去時点Ｔ（ｎ−２）におけるビート信号Ｆ（ｎ−２）のシフト位相量Δφ（ｎ−２）は下式（７）によって表すことができる。
Δφ（ｎ−２）＝２×ｄｔｈ×２×sinθ      …（７）
このように、ＥＣＵ２０は、任意の時点Ｔ（ｎ−ｋ）におけるシフト位相量Δφ（ｎ−ｋ）を下式（８）に基づいて算出する。
Δφ（ｎ−ｋ）＝２×ｄｔｈ×ｋ×sinθ      …（８）
ＥＣＵ２０は、上記のように算出した各時点に対応するシフト位相量Δφ（ｎ−１）、Δφ（ｎ−２）、…Δφ（１）、Δφ（０）の値を記憶装置に記憶する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ３の処理を完了すると、処理をステップＳ４へ進める。
【００２４】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２０は、過去時点Ｔ（ｎ−１）、Ｔ（ｎ−２）、…Ｔ（１）、Ｔ（０）において各々検出されたビート信号Ｆ（ｎ−１）、Ｆ（ｎ−２）、…Ｆ（１）、Ｆ（０）の位相をシフトさせる。例えば、ＥＣＵ２０は、ビート信号Ｆ（ｎ−１）を周波数軸上においてシフト位相量Δφ（ｎ−１）だけ位相シフトさせてシフト信号Ｆｓ（ｎ−１）を算出する。同様に、ＥＣＵ２０は、任意のビート信号Ｆ（ｎ−ｋ）を周波数軸上において対応するシフト位相量Δφ（ｎ−ｋ）だけ位相シフトさせてシフト信号Ｆｓ（ｎ−ｋ）を算出する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ４の処理を完了すると、処理をステップＳ５へ進める。
【００２５】
上記ステップＳ３およびステップＳ４の処理によれば、所定間隔離れた位置において異なる時点において検出された複数のビート信号を、各々に位相を適宜ずらすことによって、あたかも各位置に予め配置された複数のアンテナ素子によって同時に検出されたものとして取扱うことが可能となる。
【００２６】
ステップＳ５において、ＥＣＵ２０は、ビーム合成処理を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、ビート信号Ｆ（ｎ）およびシフト信号Ｆｓ（ｎ−１）、Ｆｓ（ｎ−２）、…Ｆｓ（１）、Ｆｓ（０）を、各々、所定距離間隔ｄｔｈ離れた位置に配置された複数のアンテナ素子（チャネル）において同時に受信した反射波信号に基づいて得られたビート信号とみなし、これらの信号をディジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）処理を行う。ＥＣＵ２０は、例えば、ビート信号Ｆ（ｎ）のピーク周波数を検出し、当該ピーク周波数においてディジタルビームフォーミング処理を行い、検出方向θを変数とするパワー分布を取得する。そして、ＥＣＵ２０は、得られたパワー分布から障害物の検出方位を求める。より詳細には、ＥＣＵ２０は、当該パワー分布において、予め定められたしきい値を越えるピークが検出された箇所のθの値を当該障害物の検出方位として算出する。なお、上記のビーム合成処理は一例であり、ＥＣＵ２０は、従来周知のディジタルビームフォーミング処理をビート信号Ｆ（ｎ）および過去のシフト信号Ｆｓ（ｎ−ｋ）に適用し、検出方向θを算出して構わない。ＥＣＵ２０は、検出方向θを算出すると、当該検出方向θおよび検出距離Ｌ（ｎ）を示すデータを車両制御装置へ送信する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ５の処理を完了すると、処理をステップＳ６へ進める。
【００２７】
上記ステップＳ１からステップＳ５の処理によれば、ＥＣＵ２０は、異なる時点に異なる地点で取得したｎ個のビート信号を演算処理することによって、実質的にｎ個のアンテナ素子を有するレーダー装置と同様にして障害物の存在方向を算出することができる。
【００２８】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２０は、車両１００のＩＧ電源がオフ状態に設定されたか否か判定する。ＥＣＵ２０は、車両１００のＩＧ電源がオフ状態に設定された場合、図２のフローチャートの処理を完了する。一方、ＥＣＵ２０は、車両１００のＩＧ電源がオン状態に維持されている場合、処理をステップＳ１へ戻し、上述各ステップの処理を繰り返し実行する。
【００２９】
上述のＥＣＵ２０の処理によれば、車両１００のＩＧ電源がオン状態である間、車両１００が距離間隔ｄｔｈ移動する毎に検出方向θの算出が行われる。
【００３０】
以上に示した通り、本発明に係る障害物検出装置１によれば、低コストで障害物の存在方向を検出することができる。より詳細には、障害物検出装置１は、障害物の存在方向を検出可能でありながらも、アンテナ素子１１を１つ備えるレーダー装置１０により構成することが可能である。したがって、従来装置のように、例えばアレイアンテナなどの複数のアンテナ素子を搭載する高価なレーダー装置を車両１００に搭載する必要がない。そのため、低コストで障害物の位置を検出することが可能である。また、少ないアンテナ素子で従来の装置と同様の機能を実現可能であるため、従来装置に装置の小型化および軽量化が可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では、車両１００が距離間隔ｄｔｈを移動する毎にステップＳ２からステップＳ５の処理を実行して検出方向θを算出する例について説明したが、ＥＣＵ２０は、車両１００の移動距離に関わらず所定時間間隔でステップＳ２からステップＳ５の処理を実行しても構わない。例えば、ＥＣＵ２０は、距離間隔ｄｔｈの値をランダムに設定しても構わないし、所定のサンプリング時間が経過する毎にステップＳ２からステップＳ５の処理を実行しても構わない。
【００３２】
また、上記実施形態では、ＥＣＵ２０がステップＳ５の処理において、ビート信号Ｆ（ｎ）のピーク周波数においてディジタルビームフォーミング処理を行う例について説明したが、ＥＣＵ２０は、全周波数領域についてディジタルビームフォーミング処理を行っても構わない。
【００３３】
また、上記実施形態では、ＥＣＵ２０が過去に検出したｎ個のビート信号についてディジタルビームフォーミング処理を行う例について説明したが、ＥＣＵ２０は、任意の個数のビート信号についてディジタルビームフォーミング処理を行っても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る障害物検出装置は、比較的低いコストで障害物の存在方向を検出可能な障害物検出装置などとして有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１      障害物検出装置
１０    レーダー装置
１１    アンテナ素子
２０    ＥＣＵ
３０    車速センサ
４０    車両制御装置
１００  車両
【図１】
2011220779.tif 000003
【図２】
2011220779.tif 000004
【図３】
2011220779.tif 000005
【図４】
2011220779.tif 000006