(57)【要約】【課題】反射物体によって反射された反射波の検出感度を向上した車両用レーダ装置を提供すること。【解決手段】隣接して照射される所定個数のレーザ光に基づいて出力される所定個数の受光信号を積算して、積算信号を出力する。所定個数の受光信号を積算することによって、反射物体からの反射波に対応する受光信号成分が増幅される。従って、反射物体からの反射波の検出感度を向上できる。このとき、積算すべき受光信号の範囲を、受光信号を１個分ずつずらしながら複数設定する。これにより、積算信号による角度分解能の低下を最小限に抑制することができる。【選択図】  図２
2004177350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも車両の車幅方向において、所定の角度範囲に渡って複数の送信波を照射し、各送信波に対する反射波を受信した際に、その反射波の強度に応じた受信信号を出力するレーダ手段と、
前記レーダ手段から隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号からなる積算対象受信信号範囲を設定するものであって、一部の受信信号が重複して複数の積算対象受信信号範囲に属するように、前記所定個数よりも少ない個数分だけ前記積算対象受信信号範囲に属する受信信号をずらしながら複数の前記積算対象受信信号範囲を設定する設定手段と、
前記設定手段によって複数設定されたそれぞれの積算対象受信信号範囲に属する所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する積算手段と、
前記積算手段によって出力される積算信号を所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算信号に基づいて、反射物体を検出する検出手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記積算対象受信信号範囲に属する受信信号を１個分ずつずらしながら、複数の積算対象受信信号範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。
【請求項３】
前記積算対象受信信号範囲に属する受信信号の個数Ｎは、検知対象物体の車幅方向の長さをＷ、当該検知対象物体の狙いとする検出距離をＬ０、送信波の車幅方向のビームステップ角をθとしたとき、以下の式によって決定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用レーダ装置。
2004177350.tif 000003
【請求項４】
前記設定手段は、前記積算対象受信信号範囲として、属する受信信号の個数を第１の所定個数とした第１の積算対象受信信号範囲と、属する受信信号の個数を前記第１の所定個数とは異なる第２の所定個数とした第２の積算対象受信信号範囲とをそれぞれ設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【請求項５】
前記所定の角度範囲に前記送信波が照射されていないときに、前記レーダ手段から出力される信号に基づいて、受信信号に重畳されるノイズ成分を算出するノイズ成分算出手段と、
前記積算信号から、前記ノイズ成分を除去する除去手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【請求項６】
前記ノイズ成分は、前記所定の角度範囲に前記送信波が照射されていないときに前記レーダ手段から出力される複数の信号を平均化処理することによって算出されることを特徴とする請求項５に記載の車両用レーダ装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記レーダ手段から出力される受信信号と所定の基準値とを比較して、当該基準値以上となった受信信号に基づいても、反射物体を検出するものであり、
前記設定手段は、前記基準値以上となった前記受信信号を除く受信信号を対象として、前記積算対象受信信号範囲を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記反射物体までの距離と、車幅方向における角度とを検出するものであって、当該車幅方向の角度は、前記積算信号が基準値以上となった積算対象受信信号範囲に対応する前記所定個数の送信波の照射範囲における中心角度から検出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも車幅方向の所定角度範囲内に渡り複数の送信波を照射し、各送信波に対する反射波を受信した際に、その反射波の強度に応じた受信信号に基づいて、反射物体を検出する車両用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特許文献１に示されるように、光波，ミリ波などの送信波を車両前方に照射し、その反射波に基づいて、車両前方の反射物体を検出する車両用レーダ装置が考えられている。この種の装置は、例えば、先行車両等との間隔が短くなったことを検出して警報を発生する装置や、先行車両と所定の車間距離を維持するように車速を制御する装置などに適用され、それらの制御対象としての先行車両の検出に利用される。
【０００３】
上述した車両用レーダ装置では、レーザダイオードによって発光されたレーザ光の照射方向を回転駆動されるポリゴンミラーを用いて変化させ、車幅方向及び高さ方向それぞれの所定角度範囲に渡り複数本のレーザ光を照射する。そして、各レーザ光が反射物体によって反射された場合、その反射光を受光レンズを介して受光する。その受光された反射光は受光素子に導かれ、受光素子は、その受光強度に対応する電圧信号を出力する。そして、レーザ光が照射されてからこの電圧信号が基準電圧以上となるまでの時間間隔に基づいて、反射物体までの距離を検出するとともに、そのレーザ光の照射角度に基づいて車幅方向及び車高方向の位置も検出する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４０１３９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、車両用レーダ装置による検知対象は、自車前方を走行する先行車両である。通常、先行車両は、その後面にレーザ光等の送信波に対して反射強度の高いリフレクタを備え、また車体もリフレクタほどではないが比較的高い反射強度を備えている。従って、車両用レーダ装置は、自車両から１００ｍを超える距離に存在する先行車両も検出することができる。
【０００６】
ただし、レーザ光等の送信波の出力強度は、種々の制約条件によって制限されており、その出力強度により、先行車両の検知可能距離の上限はおのずと決まってしまう。
【０００７】
また、例えば、先行車両の後面に泥や雪等が付着している場合、その先行車両によって反射される反射光の強度が低下する。この場合、受光信号において、先行車両によって反射された反射光に対応する強度を持つ受光信号成分と種々の要因で発生するノイズ成分との区別が困難となる。その結果、レーダ装置の検知可能距離が低下するとの問題が生じる。
【０００８】
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、反射物体によって反射された反射波の検出感度を向上することにより、レーダ装置の検知可能距離を伸長させ、また反射強度が低下した先行車両の検知可能距離の低下を抑制することが可能な車両用レーダ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用レーダ装置は、少なくとも車両の車幅方向において、所定の角度範囲に渡って複数の送信波を照射し、各送信波に対する反射波を受信した際に、その反射波の強度に応じた受信信号を出力するレーダ手段と、
レーダ手段から隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号からなる積算対象受信信号範囲を設定するものであって、一部の受信信号が重複して複数の積算対象受信信号範囲に属するように、所定個数よりも少ない個数分だけ積算対象受信信号範囲に属する受信信号をずらしながら複数の前記積算対象受信信号範囲を設定する設定手段と、
設定手段によって複数設定されたそれぞれの積算対象受信信号範囲に属する所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する積算手段と、
積算手段によって出力される積算信号を所定の積算基準値と比較し、当該積算基準値以上となった積算信号に基づいて、反射物体を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の車両用レーダ装置では、上述したように、隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号を積算して、積算信号を出力する。従って、反射波の強度に対応する個々の受信信号成分の強度が小さくとも、所定個数の受信信号を積算することによって、反射物体からの反射波に対応する受信信号成分の強度が増幅される。一方、種々の要因で、受信信号に重畳されるノイズ成分は、ランダムであるため、所定個数の受信信号を積算しても、そのノイズ成分の増幅の程度は小さい。このため、積算信号においては、反射物体からの反射波に対応する受信信号成分のＳ／Ｎ比が向上する。従って、この積算信号に基づいて反射物体を検出することにより、反射物体の検知可能距離を伸長させることができる。さらに、その反射物体の反射強度が低下している場合であっても、検知可能距離の低下を抑制できる。
【００１１】
ただし、単に、出力された受信信号を所定個数ごとに分けて、それぞれ積算信号を求めた場合、積算信号による角度分解能は、個々の受信信号による角度分解能を所定個数倍した分解能まで低下してしまう。
【００１２】
そのため、請求項１の車両用レーダ装置では、隣接して照射される所定個数の送信波に基づいて出力される所定個数の受信信号を積算対象受信信号範囲として設定する際に、一部の受信信号が重複して複数の積算対象受信信号範囲に属するように、所定個数よりも少ない個数分だけ積算対象受信信号範囲に属する受信信号をずらしながら複数の積算対象受信信号範囲を設定する。これにより、所定個数の受信信号を積算して積算信号を算出しながら、積算信号は、受信信号の所定個数分よりも細かな角度分解能を保持することができる。従って、反射物体の検出において、角度分解能の低下を抑制しつつ、反射波の検出感度を向上することができる。
【００１３】
請求項２に記載したように、設定手段は、積算対象受信信号範囲に属する受信信号を１個分ずつずらしながら、複数の積算対象受信信号範囲を設定することが好ましい。これにより、積算信号による角度分解能の低下を最小限に抑制することができる。
【００１４】
請求項３に記載したように、積算対象受信信号範囲に属する受信信号の個数Ｎは、検知対象物体の車幅方向の長さをＷ、当該検知対象物体の狙いとする検出距離をＬ０、送信波の車幅方向のビームステップ角をθとしたとき、以下の数式２によって決定されることが好ましい。
【００１５】
【数２】Ｎ＝Ｗ／（Ｌ０×ｔａｎθ）
すなわち、所定個数の送信波の照射範囲が、狙いとする検出距離Ｌ０において、検知対象物体の車幅方向の長さＷに対応するように、積算対象受信信号範囲に属する受信信号の個数Ｎを設定するのである。これにより、狙いとする検出距離Ｌ０を上限とする距離範囲において、検知対象物体からの反射波の強度に対応する受信信号成分を含む受信信号のみを積算することができるので、積算信号に基づいて反射波の検出感度を効率的に向上することができる。
【００１６】
請求項４に記載したように、設定手段は、積算対象受信信号範囲として、属する受信信号の個数を第１の所定個数とした第１の積算対象受信信号範囲と、属する受信信号の個数を前記第１の所定個数とは異なる第２の所定個数とした第２の積算対象受信信号範囲とをそれぞれ設定するようにしても良い。この場合、同一の検知対象物体に対して、反射波の検出感度が高くなる距離範囲を複数設定することができる。
【００１７】
請求項５に記載したように、所定の角度範囲に送信波が照射されていないときに、レーダ手段から出力される信号に基づいて、受信信号に重畳されるノイズ成分を算出するノイズ成分算出手段と、積算信号から、ノイズ成分を除去する除去手段とを備えることが好ましい。
【００１８】
ノイズ成分は、レーザ光を送信波として採用した場合には、外来光等によってランダムに発生する。そのため、上述したように、所定の角度範囲に送信波が照射されていないときに、レーダ手段から出力される信号に基づいて、バックグラウンドノイズとしてのノイズ成分を算出することができる。そして、積算信号からバックグラウンドノイズ成分を除去することにより、反射波の受信信号のＳ／Ｎ比をさらに向上することができる。
【００１９】
なお、ノイズ成分の中には、例えば制御回路におけるクロックパルスや送信波の照射の影響によって生じるもの等、規則性を有しているノイズ成分もある。
【００２０】
このため、ノイズ成分は、送信波の照射角度範囲を切り換えている間であって、実際に送信波を発生しているときに、レーダ手段から出力される信号に基づいて算出されることが好ましい。送信波の照射角度範囲を切り換えている間に送信波を発生させても、レーダ手段から送信波が照射されないので、このとき、レーダ手段から出力されるのは反射波の強度に対応した受信信号成分を含む受信信号ではなく、ノイズ成分を示す信号となる。そして、送信波の発生によっても、規則的なノイズ成分が生じる場合があり、上述したタイミングで出力される信号に基づいて、ノイズ成分を算出することにより、送信波の発生に起因するノイズ成分もバックグラウンドノイズとして算出することができる。
【００２１】
請求項６に記載したように、ノイズ成分は、所定の角度範囲に送信波が照射されていないときにレーダ手段から出力される複数の信号を平均化処理することによって算出されることが好ましい。平均化処理することにより、規則性のあるノイズ成分が特徴的に現れるようになる。従って、規則性のあるノイズ成分を積算信号から確実に除去することが可能になる。
【００２２】
請求項７に記載したように、検出手段は、レーダ手段から出力される受信信号と所定の基準値とを比較して、当該基準値以上となった受信信号に基づいても、反射物体を検出するものであり、設定手段は、基準値以上となった受信信号を除く受信信号を対象として、積算対象受信信号範囲を設定することが好ましい。
【００２３】
受信信号の積算信号を利用する理由は、個々の受信信号が、反射物体を識別するのに十分な大きさを有していない場合でも、その反射物体を検出できるようにするためである。従って、個々の受信信号が反射物体を検出するのに十分な大きさを持っている場合には、そもそも積算信号を求める必要はない。さらに、個々の受信信号に基づいて反射物体を検出した方が、積算信号に基づいて反射物体を検出するよりも、角度分解能が向上する。このような理由から、個々の受信信号によって反射物体が検知できるならば、その検知結果を優先することが好ましいのである。
【００２４】
さらに、反射物体を検出するために十分な大きさを持つ受信信号を除く受信信号を対象として、積算対象受信信号範囲を設定することで、演算処理量を減少し、演算時間を短くすることも可能になる。
【００２５】
請求項８に記載したように、検出手段は、反射物体までの距離と、車幅方向における角度とを検出するものであって、当該車幅方向の角度は、積算信号が基準値以上となった積算対象受信信号範囲に対応する所定個数の送信波の照射範囲における中心角度から検出することが好ましい。このようにすると、一部の受信信号が重複して複数の積算対象受信信号範囲に属するように、所定個数よりも少ない個数分だけ、好ましくは１個分ずつ受信信号をずらしながら複数の積算対象受信信号範囲を設定することと相俟って、積算信号に基づく検知対象物体の検出における角度分解能の低下を効果的に抑制できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態による車両用レーダ装置について説明する。
【００２７】
なお、本実施形態においては、車両制御装置１に車両用レーダ装置が適用されており、車両用制御装置１は、車両用レーダ装置の検出結果に基づいて、警報すべき領域に障害物が存在する場合に警報を出したり、先行車両との車間距離を、所定の車間距離に維持するため、車速を制御する機能を備えるものである。
【００２８】
図１は、車両制御装置１のシステムブロック図である。車両制御装置１は認識・車間制御ＥＣＵ３を中心に構成されている。認識・車間制御ＥＣＵ３はマイクロコンピュータを主な構成として、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）および各種の駆動回路や検出回路を備えている。これらのハード構成は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。
【００２９】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、車両用レーダ装置としてのレーザレーダセンサ５、車速センサ７、ブレーキスイッチ９、スロットル開度センサ１１から各々検出信号を入力しており、警報音発生器１３、距離表示器１５、センサ異常表示器１７、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力する。また認識・車間制御ＥＣＵ３には、警報音量を設定する警報音量設定器２４、警報判定処理における感度を設定する警報感度設定器２５、クルーズコントロールスイッチ２６、図示しないステアリングホイールの操作量を検出するステアリングセンサ２７、及び自動車に発生したヨーレートを検出するヨーレートセンサ２８が接続されている。また認識・車間制御ＥＣＵ３は、電源スイッチ２９を備え、電源スイッチ２９がオンされることにより、所定の処理を開始する。
【００３０】
レーザレーダセンサ５は、図２に示すように、発光部、受光部及びレーザレーダＣＰＵ７０などを主要部として構成されている。発光部は、パルス状のレーザ光を、発光レンズ７１及びスキャナ７２を介して放射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）７５を備えている。そして、レーザダイオード７５は、レーザダイオード駆動回路７６を介してレーザレーダＣＰＵ７０に接続され、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号によりレーザ光を放射（発光）する。また、スキャナ７２にはポリゴンミラー７３が鉛直軸を中心に回転可能に設けられ、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号がモータ駆動部７４を介して入力されると、このポリゴンミラー７３は図示しないモータの駆動力により回転する。なお、このモータの回転位置は、モータ回転位置センサ７８によって検出され、レーザレーダＣＰＵ７０に出力される。
【００３１】
本実施形態のポリゴンミラー７３は、面倒れ角が異なる６つのミラーを備えているため、車幅方向及び車高方向それぞれの所定角度の範囲で不連続にレーザ光が走査するように、レーザ光を出力することができる。このようにレーザ光を２次元的に走査させるのであるが、その走査パターンを図３を参照して説明する。なお、図３において、出射されたレーザビームのパターン１２２は測定エリア１２１内の右端と左端に出射された場合のみを示しており、途中は省略している。また、出射レーザビームパターン１２２は、図３では一例として略楕円形のものを示しているが、この形に限られるものではなく長方形等でもよい。さらに、レーザ光を用いるものの他に、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に２方位を測定できる方式であればよい。
【００３２】
図３に示すように、レーザ光は、その照射方向をＺ軸としたとき、これに垂直なＸＹ平面内を順次走査するように照射される。本実施形態では、高さ方向であるＹ軸を基準方向、車幅方向であるＸ軸を走査方向とする。レーザ光が、２次元走査を行なうスキャンエリアは、Ｘ軸方向には０．０８ｄｅｇ×４５１点＝２０ｄｅｇであり、Ｙ軸方向には０．７ｄｅｇ×６ライン＝４ｄｅｇである。また、走査方向はＸ軸方向については図３において左から右へ、Ｙ軸方向については図３において上から下へである。具体的には、まずＹ軸方向の最上部に位置する第１走査ラインについてＸ軸方向において左から右へ０．０８°おきにレーザ光を順次照射する。次に、Ｙ軸方向の最上部から１列下の第２走査ラインにおいても同様にＸ軸方向に０．０８°おきにレーザ光を順次照射する。このようにして第６走査ラインまで同様にレーザ光を照射していく。従って、第１走査ラインから第６走査ラインまで、走査ラインごとに、複数のレーザ光が照射されることになる。
【００３３】
上述したスキャンエリアにレーザ光を照射した際、このレーザ光による反射光が受光された場合、レーザ光の照射角度を示すスキャン角度θｘ，θｙと測距された距離Ｌとが得られる。なお、２つのスキャン角度θｘ，θｙは、それぞれ出射されたレーザ光をＹＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を縦スキャン角θｙ、出射されたレーザビームをＸＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を横スキャン角θｘと定義する。
【００３４】
レーザレーダセンサ５の受光部には、図示しない物体に反射されたレーザ光を集光する集光レンズ８１と、集光された反射光の強度に対応する電圧（受光信号）を出力する受光素子８３とが設けられている。この受光素子８３が出力する受光信号は、増幅器８５にて増幅された後に、個々の受光信号に基づいて反射物体を検出する第１検出回路８６と、所定個数の受光信号を積算してその積算信号に基づいて反射物体を検出する第２検出回路９０とにそれぞれ入力される。以下、第１検出回路８６及び第２検出回路９０の構成及び作動について説明する。
【００３５】
第１検出回路は、図２（ｂ）に示されるように、入力された個々の受光信号と基準電圧とを比較するコンパレータ８７と、コンパレータ８７の出力に基づいて、反射物体までの距離Ｌを算出する時間計測回路８８とを備えている。
【００３６】
コンパレータ８７は、増幅器８５から出力された受光信号と基準電圧とを比較し、受光信号が基準電圧よりも大きくなっているときに、比較信号を時間計測回路８８へ出力する。
【００３７】
時間計測回路８８は、コンパレータ８７からの比較信号に基づいて、図４（ｂ）に示すように、受光信号が基準電圧Ｖ０を超えた立上がり時刻（ｔ１１、ｔ２１）と基準電圧Ｖ０よりも低下した立下り時刻（ｔ１２、ｔ２２）とを検出する。そして、これらの立上がり時刻及び立下り時刻に基づいて、ピーク値が発生する時間ｔｐを算出する。
【００３８】
ここで、図４（ｂ）は、強度が異なる２つの反射光による受光信号Ｌ１，Ｌ２を示している。図４（ｂ）において、曲線Ｌ１は、強度が比較的強い反射光の受光信号を示し、曲線Ｌ２は、強度が比較的弱い反射光の受光信号を示す。
【００３９】
図４（ｂ）に示すように、反射光の強度に対応した受光信号は、左右非対称の形状を示し、その非対称の度合いは受光信号の振幅が大きくなるほど強くなる。そのため、時間計測回路８８は、例えば、受光信号の振幅に対応するパラメータである立上がり時刻（ｔ１１、ｔ２１）と立下り時刻（ｔ１２，ｔ２２）との時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）を求める。そして、時間間隔（Δｔ１、Δｔ２）を考慮しつつ、立上がり時刻（ｔ１１、ｔ２１）と立下り時刻（ｔ１２、ｔ２２）とに基づいて、ピーク値発生時刻ｔｐを算出する。
【００４０】
このようにして、電圧信号のピーク値発生時刻ｔｐを算出した後、図４（ａ）に示すように、レーザ光を発光した時刻ｔ０とピーク値発生時刻ｔｐとの時間差Δｔを求める。すなわち、時間計測回路８８には、レーザレーダＣＰＵ７０からレーザダイオード駆動回路７６へ出力される駆動信号が入力されており、その駆動信号からレーザ光の発光時刻ｔ０を検出することができる。レーザ光発光時刻ｔ０とピーク値発生時刻ｔｐとの時間差Δｔは、２進デジタル信号に符号化され、レーザレーダＣＰＵ７０に出力される。
【００４１】
次に、第２検出回路９０について説明する。第２検出回路９０は、図２（ｃ）に示すように、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路９１を備えている。増幅器８５から出力された受光信号は、このＡ／Ｄ変換回路９１に入力され、デジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された受光信号は、記憶回路９３に入力され、記憶される。なお、デジタル変換される受光信号は、レーザ光発光時間ｔ０から所定時間（例えば２０００ｎｓ）経過するまでの間に、増幅回路８５から出力された信号である。そして、Ａ／Ｄ変換回路９１においては、図５に示すように、この受光信号を所定時間間隔（例えば１０ｎｓ）でＮ個の区間に分割し、それぞれの区間の受光信号の平均値をデジタル値に変換する。
【００４２】
積算範囲指定回路９５は、記憶回路９３に記憶された受光信号の中から、Ｘ軸方向において隣接して照射された所定個数のレーザ光に対応する所定個数の受光信号を、後段の積算回路９７に出力させる。この積算範囲指定回路９５が指定する積算すべき受光信号の範囲について、図６及び図７を用いて説明する。
【００４３】
図６は、レーザ光の照射エリア及び、検知対象物体である先行車両との関係を示している。なお、図６においては、簡略化のため、１走査ライン分の照射エリアのみを示している。
【００４４】
図６に示す先行車両は、その後面にレーザ光に対して反射強度の高いリフレクタを備え、また車体もリフレクタほどではないが比較的高い反射強度を備えている。従って、通常は、先行車両によって反射される反射光の強度は十分に高くなり、その反射光による受光信号も、図４（ａ），（ｂ）のように基準電圧Ｖ０を超える大きさとなる。しかしながら、例えば、先行車両の後面に泥や雪等が付着している場合、その先行車両によって反射される反射光の強度が低下する。従って、先行車両によって反射された反射光に対応する受光信号が、基準電圧Ｖ０を超えない可能性がある。受光信号が基準電圧Ｖ０を超えない場合、個々の受光信号に基づいて先行車両を検出することはできない。さらに、先行車両との車間距離が長くなるほど、反射波の強度が低下するため、個々の受光信号に基づいて所定の車間距離以上離れた先行車両の検出も困難になる。
【００４５】
そのため、本実施形態においては、複数の受光信号を積算して、先行車両の反射波による受光信号を増幅し、強度の弱い反射波も検出可能とした。積算範囲指定回路９５は、その積算すべき受光信号を指定する。
【００４６】
ここで、積算する受光信号の個数Ｎについては、検知対象物体の車幅方向の長さＷ、その検知対象物体の狙いとする検出距離Ｌ０、及びレーザ光の車幅方向のビームステップ角θに基づいて設定することが好ましい。すなわち、所定個数の送信波の照射範囲が、狙いとする検出距離Ｌ０において、検知対象物体の車幅方向の長さＷに対応するように、積算する受光信号の個数Ｎを設定するのである。この関係を数式で示すと以下のようになる。
【００４７】
【数３】Ｎ＝Ｗ／（Ｌ０×ｔａｎθ）
このように積算する受光信号の個数Ｎを設定すると、狙いとする検出距離Ｌ０を上限とする距離範囲において、積算される受光信号の全てが、検知対象物体からの反射波を受光したときに出力される受光信号となる組み合わせが必ず存在することになる。この場合、反射波の強度に対応する受信信号成分を含む受光信号のみを積算することができるので、積算信号に基づいて反射波の検出感度を効率的に向上することができる。
【００４８】
図６に示す例では、検知対象としての先行車両の横幅を約１．８ｍ、狙いとする検出距離を８０ｍとし、かつ、レーザ光の車幅方向のビームステップ角が０．０８ｄｅｇであるため、積算する受光信号の数は１６個に設定した。
【００４９】
また、この積算範囲指定回路９５は、積算回路９７が１６個の受光信号の積算信号を算出して、後段のコンパレータ１０３における比較処理、補間回路１０９における直線補間処理、及び時間計測回路１１１における時間差Δｔの算出処理が完了する時間間隔で、積算する受光信号の範囲を移動させる。すなわち、図７に示すように、Ｘ軸方向において左から右に向かって走査するように４５１本照射されるレーザ光に対応して、受光信号に１から４５１までの番号を付与したとすると、まず、積算範囲指定回路９５は１番から１６番の受光信号を積算すべき受光信号の範囲として指定する。そして、上記時間間隔が経過すると、２番から１７番の受光信号を、積算すべき受光信号の範囲として指定する。このように、積算範囲指定回路９５は、受光信号を１個分ずつずらしながら、積算する受光信号の範囲を移動させる。このようにすれば、１６個の受光信号を積算しながら、その積算信号による角度分解能の低下を最小限に抑制することができる。
【００５０】
すなわち、単に、受光素子８３から出力された受光信号を１６個ごとに分けて、それぞれ積算信号を求めた場合、反射光の検出感度を向上することはできるが、一方で、積算信号による角度分解能が、大幅に低下してしまう。それに対して、上述のように、積算する受光信号の範囲を、受光信号１個分ずつずらすようにすれば、角度分解能の低下を抑制できるのである。
【００５１】
積算範囲指定回路９５によって指定された範囲に属する１６個の受光信号が、記憶回路９３から読み出され、積算回路９７に出力される。積算回路９７は、図８（ａ）に示すように、それぞれデジタル信号に変換済みの１６個の受光信号をそれぞれ積算する。
【００５２】
このとき、この１６個の受光信号の全てが同じ反射物体からの反射波に応じた受光信号成分Ｓを含んでいた場合には、その受光信号成分Ｓは、レーザ光の発光時刻から同じ時間だけ経過した時刻に現れる。従って、積算信号における受光信号成分Ｓ０は、各受光信号の受光信号成分Ｓが１６倍に増幅されたものとなる。一方、各受光信号に含まれるノイズ成分Ｎは、基本的に外来光等によってランダムに発生するため、１６個の受光信号を積算した場合であっても、そのノイズ成分Ｎ０は、√１６＝４倍に増幅されるのみである。従って、積算回路９７によって積算信号を算出することにより、受光信号成分Ｓ０とノイズ成分Ｎ０との比（Ｓ／Ｎ比）は４倍に向上する。このため、個々の受光信号に含まれる受光信号成分Ｓが小さくて、ノイズ成分Ｎと区別することが困難な場合でも、上述した積算信号を用いることによって、増幅された受光信号成分Ｓ０に基づき反射物体を検出することが可能になる。
【００５３】
図２（ｃ）において、１００はスイッチング回路であり、積算回路９７の出力先をコンパレータ１０３とバックグラウンドノイズ算出回路９９とに切り換える。バックグラウンドノイズ算出回路９９は、レーザ光が図３に示すスキャンエリアに照射されていないときに、積算回路９７から出力される積算信号に基づいて、受光信号に重畳されたノイズ成分を算出する。
【００５４】
本実施形態では、外周に面倒れ角が異なる６つのミラーを備えたポリゴンミラー７３を回転させつつ、その各ミラーに４５１本のレーザ光を反射させることにより、Ｘ軸及びＹ軸方向にレーザ光を走査させている。そのポリゴンミラー７３回転によって６つのミラーが切り換わるときには、そのミラーによって反射されるレーザ光は、図示しない照射窓の枠等に遮られ、外部に照射されない。このポリゴンミラー７３の６つのミラーの切換時に、スイッチング回路１００は、積算回路９７の出力先をバックグラウンドノイズ算出回路に切り換える。
【００５５】
このとき、積算回路９７において積算される受光信号には、反射物体からの反射波に対応する受光信号成分Ｓは含まれていない。このため、積算回路９７から出力される積算信号は、受光信号に重畳されるノイズ成分Ｎを示すことになる。従って、このノイズ成分Ｎを、後述する減算回路１０１によって積算信号から除去することにより、積算信号のＳ／Ｎ比をさらに向上することができる。
【００５６】
なお、実際にレーザ光を発光している（ただし、外部には照射されない）ときに、積算回路９７から出力される積算信号に基づいて、ノイズ成分を算出するのは、レーザ光の発光によって電磁波ノイズが発生し、それが受光信号に重畳する場合があるためである。
【００５７】
また、レーザ光が図３に示すスキャンエリアに照射されていないときに、積算回路９７からは、複数個の積算信号が出力される。バックグラウンドノイズ算出回路９９は、この複数個の積算信号を平均化処理して、平均化積算信号を算出する。この平均化処理としては、複数個の積算信号を単純平均しても良いし、加重平均処理によって算出しても良い。このように、ノイズ成分Ｎによる受信信号の積算信号を平均化処理することにより、その平均化積算信号には規則性のあるノイズ成分が特徴的に現れる。
【００５８】
つまり、受光信号に重畳されるノイズ成分は、基本的にはランダムに発生するが、中には、レーザレーダＣＰＵ７０のクロックパルスやレーザ光の発光による電磁波ノイズの影響によって規則性を有しているノイズ成分もある。このような規則性を有するノイズ成分は、平均化処理を繰り返すほど、ランダムなノイズ成分よりも強調される。そして、この規則性のあるノイズ成分は、必ず積算信号に含まれている。そこで、バックグラウンドノイズ算出回路にて平均化処理を行なうことによってノイズ成分を求め、この平均化処理したノイズ成分を積算信号から除去することにより、規則性のあるノイズ成分を積算信号から確実に除去することが可能になる。
【００５９】
図２（ｃ）において、１０１は減算回路であり、レーザ光がスキャンエリアに照射されているときに、積算回路９７から出力される積算信号から、バックグラウンドノイズ算出回路９９にて算出したノイズ成分を減算する。そして、ノイズ成分が減算された積算信号は、コンパレータ１０３において、しきい値設定回路１０５から出力されるしきい値Ｖｄと比較される。このしきい値Ｖｄは、図２（ｂ）において説明した基準電圧Ｖ０に対応する値である。
【００６０】
すなわち、図９に示すように、所定の時間間隔で離散的に算出されている各デジタル値と基準電圧Ｖ０に対応するしきい値とを比較する。このとき、例えば、デジタル値Ｄｂ、Ｄｃの値がしきい値よりも大きい場合には、その比較結果を補間回路１０９に出力する。
【００６１】
補間回路１０９では、しきい値を横切ったと推測される立上がり時刻ｔ１及び立下り時刻ｔ２を直線補間によって求める。すなわち、しきい値を超えたデジタル値Ｄｂとその直前のデジタル値Ｄａとを結ぶ直線を想定し、その直線としきい値との交点に対応する時刻を求め、これを立上がり時刻ｔ１とする。同様に、しきい値を超えたデジタル値Ｄｃとその直後のデジタル値Ｄｄとを結ぶ直線を想定し、その直線としきい値との交点に対応する時刻を求め、これを立下り時刻ｔ２とする。
【００６２】
時間計測回路１１１は、図２（ｂ）の時間計測回路８８と同様の処理を行い、図８（ｂ）に示すように、立上がり時刻ｔ１と立下り時刻ｔ２とに基づいて、受光信号成分Ｓのピーク値の発生時刻を求め、レーザ光発光時刻とピーク値発生時刻との時間差Δｔを算出する。
【００６３】
レーザレーダＣＰＵ７０は、時間計測回路８８、１１１から入力された時間差Δｔから反射物体までの距離を算出し、その距離及び対応するレーザ光のスキャン角度θｘ，θｙを基にして位置データを作成する。具体的には、距離及びスキャン角度θｘ，θｙから、レーザレーダ中心を原点（０，０，０）とし、車幅方向をＸ軸、車高方向をＹ軸、車両前方方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系における反射物体の位置データを求める。そして、このＸＹＺ直交座標系における位置データを測距データとして認識・車間制御ＥＣＵ３へ出力する。
【００６４】
なお、積算信号に基づいて反射物体までの距離を算出する場合、その積算信号に対応するレーザ光のスキャン角度θｘは、積算した複数個の受光信号に対応する複数のレーザ光の中心位置のレーザ光のスキャン角度θｘとする。
【００６５】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５からの測距データを基にして物体を認識し、その認識物体から得た先行車の状況に合わせて、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力することにより車速を制御する、いわゆる車間制御を実施する。また、認識物体が所定の警報領域に所定時間存在した場合等に警報する警報判定処理も同時に実施する。この場合の物体としては、自車の前方を走行する前車やまたは停止している前車等が該当する。
【００６６】
認識・車間制御ＥＣＵ３の内部構成について、制御ブロックとして簡単に説明する。レーザレーダセンサ５から出力された測距データは物体認識ブロック４３に送られる。物体認識ブロック４３では、測距データとして得た３次元位置データに基づいて、物体の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、及び横幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨ等の物体の大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ）を求める。さらに、中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の時間的変化に基づいて、自車位置を基準とするその物体の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を求める。さらに物体認識ブロック４３では、車速センサ７の検出値に基づいて車速演算ブロック４７から出力される車速（自車速）と上記求められた相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とから物体が停止物体であるか移動物体であるかの識別が行なわれる。この識別結果と物体の中心位置とに基づいて自車両の走行に影響する物体が選択され、その距離が距離表示器１５により表示される。
【００６７】
また、ステアリングセンサ２７からの信号に基づいて操舵角演算ブロック４９にて操舵角が求められ、ヨーレートセンサ２８からの信号に基づいてヨーレート演算ブロック５１にてヨーレートが演算される。そしてカーブ半径（曲率半径）算出ブロック５７では、車速演算ブロック４７からの車速と操舵角演算ブロック４９からの操舵角とヨーレート演算ブロック５１からのヨーレートとに基づいて、カーブ半径（曲率半径）Ｒを算出する。そして物体認識ブロック４３では、このカーブ半径Ｒおよび中心位置座標（Ｘ，Ｚ）などに基づいて、物体が車両である確率、及び自車と同一車線を走行している確率等を判定する。この物体認識ブロック４３にて求めたデータが異常な範囲の値がどうかがセンサ異常検出ブロック４４にて検出され、異常な範囲の値である場合には、センサ異常表示器１７にその旨の表示がなされる。
【００６８】
一方、先行車判定ブロック５３では、物体認識ブロック４３から得た各種データに基づいて先行車を選択し、その先行車に対するＺ軸方向の距離Ｚおよび相対速度Ｖｚを求める。そして、車間制御部及び警報判定部ブロック５５が、この先行車との距離Ｚ、相対速度Ｖｚ、クルーズコントロールスイッチ２６の設定状態およびブレーキスイッチ９の踏み込み状態、スロットル開度センサ１１からの開度および警報感度設定器２５による感度設定値に基づいて、警報判定ならば警報するか否かを判定し、クルーズ判定ならば車速制御の内容を決定する。その結果を、警報が必要ならば、警報発生信号を警報音発生器１３に出力する。また、クルーズ判定ならば、自動変速機制御器２３、ブレーキ駆動器１９およびスロットル駆動器２１に制御信号を出力して、必要な制御を実施する。そして、これらの制御実行時には、距離表示器１５に対して必要な表示信号を出力して、状況をドライバーに告知する。
【００６９】
上述したように、本実施形態においては、個々の受光信号に基づいて反射物体を検出することに加え、複数個の受光信号を積算した積算信号を算出し、その積算信号によっても反射物体を検出するように構成した。従って、個々の受光信号では検出しえない遠方の反射物体や、反射強度の低下した反射物体をも検出することが可能になる。
【００７０】
なお、本発明は上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。
【００７１】
（１）上記実施形態では、積算範囲指定回路９５は、受光信号を１個分ずつずらしながら、積算する受光信号の範囲を移動させた。しかしながら、積算範囲指定回路９５は、積算する受光信号の個数よりも少ない範囲で、複数個の受信信号分だけずらしながら、積算する受光信号の範囲を移動させても良い。このようにした場合であっても、少なくとも、受信信号を所定個数ごとに分けて、それぞれ積算信号を求めた場合に比較して、積算信号の角度分解能を向上することができる。
【００７２】
（２）上記した実施形態では、第２検出回路９０において、積算範囲指定回路９５が、積算すべき受信信号の個数を１種類（１６個）のみ指定していた。この積算すべき受信信号の個数は、前述した数式３に示すように、狙いとする検出距離Ｌ０等に応じて決定されるものであった。
【００７３】
そのため、例えば、狙いとする検出距離Ｌ０を２つ以上設定し、それに応じて、積算すべき受信信号の個数を２種類以上指定しても良い。この場合、積算回路９７から時間計測回路１１１までの構成を、積算する受信信号の種類数だけ、並列に記憶回路９３に接続する。これにより、積算個数の異なる複数の積算信号の算出、及びそれ以後の演算処理を並列して同時に行なうことが可能になる。
【００７４】
そして、このように構成することにより、同一の検知対象物体（先行車両）に対して、反射光の検出感度が高くなる距離範囲を複数設定することができる。
【００７５】
（３）上述した実施形態においては、第１検出回路８６及び第２検出回路９０において、個々の受光信号に基づく反射物体の検出と、複数個の受光信号を積算した積算信号に基づく反射物体の検出とを、それぞれ独立して行なう例について説明した。
【００７６】
しかしながら、個々の受光信号に基づいて反射物体が検出された場合、すなわち、個々の受光信号が基準電圧Ｖ０より大きい振幅を持っていることが検出されたとき、レーザレーダＣＰＵ７０あるいは第１検出回路８０より、その受光信号の番号等、受光信号を特定するための情報を積算範囲指定回路９５が受け取り、その受光信号を積算対象受光信号から除外するように構成しても良い。
【００７７】
受光信号の積算信号を利用する理由は、個々の受光信号が、反射物体を識別するのに十分な大きさの強度（振幅）を有していない場合でも、その反射物体を検出できるようにするためである。従って、個々の受光信号が反射物体を検出するのに十分な大きさの強度（振幅）を持っている場合には、そもそも積算信号を求める必要はない。さらに、個々の受光信号に基づいて反射物体を検出した方が、積算信号に基づいて反射物体を検出するよりも、角度分解能が向上する。このような理由から、個々の受光信号によって反射物体が検知できるならば、その検知結果に基づいて、反射物体に関する測距データを算出すべきである。
【００７８】
さらに、反射物体を検出するために十分に大きな振幅を持つ受光信号を除く受光信号を対象として、積算対象受信信号範囲を設定することで、演算処理量を減少し、演算時間を短くすることも可能になる。
【００７９】
（４）上述した実施形態においては、第１検出回路８６及び第２検出回路９０は、ハードロジック回路として構成される例について説明したが、それらの一部をレーザレーダＣＰＵ７０においてソフトウエアによって実現することも可能である。逆に、レーザレーダＣＰＵ７０における、レーザ光発光時刻ｔ０と受光信号のピーク値発生時刻ｔｐとの時間差Δｔから反射物体までの距離Ｌを求める等の処理は、ハードロジック回路で実現することも可能である。
【００８０】
（５）上述した実施形態においては、Ｘ軸方向に走査される各走査ラインにおいて、隣接して照射される複数本のレーザ光に基づく受光信号を積算する例について説明した。しかしながら、積算する受光信号は、Ｘ軸方向に隣接して照射されるレーザ光に限らず、Ｙ軸方向に隣接して照射されるレーザ光によるものであっても良い。さらに、隣接して照射されるレーザ光の範囲は、Ｘ軸及びＹ軸の複数の走査ラインに及ぶものであっても良い。
【００８１】
（６）上記実施形態では、レーザ光の２次元スキャンを行うために面倒れ角が異なるポリゴンミラー７３を用いたが、例えば車幅方向にスキャン可能なガルバノミラーを用い、そのミラー面の倒れ角を変更可能な機構を用いても同様に実現できる。但し、ポリゴンミラー７３の場合には、回転駆動だけで２次元スキャンが実現できるという利点がある。
【００８２】
（７）上記実施形態では、レーザレーダセンサ５内部において、距離及び対応するスキャン角度θｘ，θｙを極座標系からＸＹＺ直交座標系に変換していたが、その処理を物体認識ブロック４３において行っても良い。
【００８３】
（８）  上記実施形態では、レーザ光を用いたレーザレーダセンサ５を採用したが、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に方位を測定できる方式であればよい。そして、例えばミリ波でＦＭＣＷレーダ又はドップラーレーダなどを用いた場合には、反射波（受信波）から先行車までの距離情報と先行車の相対速度情報が一度に得られるため、レーザ光を用いた場合のように、距離情報に基づいて相対速度を算出するという過程は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はレーザレーダセンサの構成を示す構成図であり、（ｂ）はレーザレーダセンサにおける第１検出回路の構成を示す回路構成図であり、（ｃ）はレーザレーダセンサにおける第２検出回路の構成を示す回路構成図である。
【図３】レーザレーダセンサの照射領域を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、距離検出の原理を説明するための波形図であり、（ｂ）は受光信号におけるピーク値の算出方法について説明するための波形図である。
【図５】第２検出回路において、Ａ／Ｄ変換回路による受光信号に対するデジタル変換処理を説明するための波形図である。
【図６】積算すべき受光信号の個数の設定方法を説明するための説明図である。
【図７】第２検出回路の積算範囲指定回路による、積算すべき受光信号の範囲の移動を説明するための説明図である。
【図８】（ａ）は、複数の受光信号を積算した場合、反射光の強度に対応した受光信号成分の増幅の程度が、ノイズ信号成分の増幅の程度よりも大きいことを説明するための説明図であり、（ｂ）は、その積算信号に基づく、反射物体までの距離検出の原理を説明するための波形図である。
【図９】第２検出回路の補間回路において行なわれる、直線補間処理を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１…車両制御装置、３…認識・車間制御ＥＣＵ、５…レーザレーダセンサ、７…車速センサ、９…ブレーキスイッチ、１１…スロットル開度センサ、１３…警報音発生器、１５…距離表示器、１７…センサ異常表示器、１９…ブレーキ駆動器、２１…スロットル駆動器、２３…自動変速機制御器、２４…警報音量設定器、２５…警報感度設定器、２６…クルーズコントロールスイッチ、２７…ステアリングセンサ、２８…ヨーレートセンサ、２９…電源スイッチ、３０…ワイパスイッチ、４３…物体認識ブロック、４４…センサ異常検出ブロック、４７…車速演算ブロック、４９…操舵角演算ブロック、５１…ヨーレート演算ブロック、５３…先行車判定ブロック、５５…車間制御部及び警報判定部ブロック、５７…カーブ半径算出ブロック、７０…レーザレーダＣＰＵ、７１…発光レンズ、７２…スキャナ、７３…ミラー、７４…モータ駆動回路、７５…半導体レーザダイオード、７６…レーザダイオード駆動回路、８１…受光レンズ、８３…受光素子、８５…増幅器、８６…第１検出回路、８７…コンパレータ、８８…時間計測回路、９０…第２検出回路、９１…Ａ／Ｄ変換回路、９３…記憶回路、９５…積算範囲指定回路、９７…積算回路９７、９９…バックグラウンドノイズ算出回路、１００…スイッチング回路、１０１…減算回路、１０３…コンパレータ、１０５…しきい値設定回路、１０９…補間回路、１１１…時間計測回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004177350.tif 000010
【図８】
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【図９】
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