(57)【要約】【課題】安定して前方車両と自車両との車間距離を検出することができる車間距離検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザレーダシステム２は、レーザ光を自車両前方の車両に向けて出射し、前方車両で反射されたレーザを受波する。レーザレーダシステムは、レーザ光の出射方向を、水平方向に走査する水平走査アクチュエータ３ａと、垂直方向に走査する垂直走査アクチュエータ３ｂと、水平走査アクチュエータと垂直走査アクチュエータを制御し、レーザ光の出射と受波の時間差から車間距離を算出するレーダ信号処理・制御部１４を備える。レーダ信号処理・制御部は、車間距離が所定距離以上である場合は、レーザ光を水平方向に走査し、車間距離が所定距離未満の場合は、垂直方向に走査するとともに、水平方向に走査することにより確実に近接車両の車体後部を検出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を自車両前方の車両に向けて出射するとともに、該前方の車両で反射された前記電磁波を受波することにより、自車両と前方の車両との車間距離を検出する装置において、
前記電磁波の出射方向を、水平方向および垂直方向に走査可能な走査手段を備え、
該走査手段は、前記車間距離が所定距離以上である場合は、前記電磁波の出射方向を所定の範囲で水平方向に走査し、前記車間距離が所定距離未満の場合は、前記電磁波の出射方向を所定の範囲で垂直方向に走査することを特徴とする車間距離検出装置。
【請求項２】
前記走査手段は、前記車間距離が所定距離未満の場合は、前記電磁波の出射方向を所定の範囲で垂直方向に走査するとともに、所定の範囲で水平方向に走査することを特徴とする請求項１に記載の車間距離検出装置。
【請求項３】
車間距離が前記所定距離未満の場合の垂直方向の走査範囲は、車間距離が前記所定距離以上である場合の電磁波の出射方向より少なくとも上方範囲を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の車間距離検出装置。
【請求項４】
前記走査手段は、周期的に走査を行い、車間距離が前記所定距離未満の場合の一つの走査の周期における水平方向および垂直方向の走査角度の合計と、車間距離が前記所定距離以上である場合の一つの走査の周期における水平方向の走査角度とが同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の車間距離検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を自車両前方の車両に向けて出射するとともに、前方車両で反射された電磁波を受波することにより、自車両と前方車両との間の車間距離を検出する車間距離検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−１２２６６４号公報
前方車両と自車両との車間距離が所定の距離となるように自車両の走行を制御する追従走行システムが知られている。
この追従走行システムは、車両進行方向へ所定の広がり角度を持った電磁波を出射して水平方向に走査すると共に、反射波を受波し、電磁波の出射から受波までの時間に基づいて前方車両との車間距離を検出する車間距離検出装置を備えている。
【０００３】
この追従走行システムは、前方車両が存在しないときは自車両を予め設定した車速で定速走行させ、車間距離検出装置により前方車両が検知されると、この前方車両との間に予め設定した車間距離を保つように自車両を追従走行させるＡＣＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｒｕｉｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）モード、または停止および発進が繰り返えし行われる渋滞時に、車間距離検出装置により検知された前方車両に追従するように自車両を停止および発進させるＳｔｏｐ＆Ｇｏモードを備えている（特許文献１参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような車間距離検出装置においては、前方車両が大型トラックのように車高が高い場合、車間距離が短くなると出射された電磁波が前方車両の下に潜り込んで車体下部構造たとえば後部車軸を検出したり、車体下を通過し、前方車両の後端位置を正確に検出できなくなる可能性があった。
【０００５】
また、追従走行システムのＳｔｏｐ＆Ｇｏモードにおいて、電磁波を水平方向にのみ走査し、垂直方向には所定の固定検知角度範囲とした場合には、車間距離の変化により、電磁波出射の周期のたびに前方車両の後部車軸と後部バンパーを交互に検出してしまうことによる車間距離制御のハンチングが発生することがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するために、前方車両が大型車両の場合でも安定して前方車両と自車両との車間距離を検出することができる車間距離検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、電磁波を自車両前方の車両に向けて出射するとともに、前方の車両で反射された電磁波を受波することにより、自車両と前方の車両との車間距離を検出する装置において、電磁波の出射方向を、水平方向および垂直方向に走査可能な走査手段を備え、走査手段は、車間距離が所定距離以上である場合は、電磁波の出射方向を所定の範囲で水平方向に走査し、車間距離が所定距離未満の場合は、電磁波の出射方向を所定の範囲で垂直方向に走査するものとした。
【０００８】
【発明の効果】
本発明により、車間距離が所定距離以上である場合は、電磁波の出射方向を所定の範囲で水平方向に走査し、車間距離が所定距離未満の場合は、電磁波の出射方向を所定の範囲で垂直方向に走査するので、車高の高い車両、車高の低い車両のいずれに接近したときにも、前方の車両の後端を逃すことなく検出できる。
その結果、前方車両との車間距離が所定距離以上の場合も、所定距離未満の場合も安定に車間距離を検出できる。
【０００９】
また、追従走行システムのＳｔｏｐ＆Ｇｏモードにおいても、先行車の後部車軸と後部バンパーを交互に検出してしまうことにより生じる車間距離制御のハンチングを、電磁波を垂直方向にも走査し車体後部を確実に検出できることにより防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明を車間距離制御システムに適用した場合のブロック構成図である。
車間距離制御システム１は、大きくはレーザレーダシステム２、車間距離コントロール・ユニット４、スロットル・アクチュエータ５、ブレーキ・アクチュエータ６、表示装置７からなる。
【０００１１】
レーザレーダシステム２は、レーザ光を発信するレーザダイオード８、レーザダイオード８に電流を供給する駆動回路９、レーザダイオード８からのレーザ光を走査方向に偏向して出射する出射レンズ１０、前方車両からの反射レーザ光を集光する受光レンズ１１、受光レンズ１１により集光されたレーザ光の強度に比例した電気信号に変換するフォトダイオード１２、フォトダイオード１２からの電気信号を増幅する増幅回路１３、車間距離を算出し、レーザ光の出射と走査を制御するレーダ信号処理・制御部１４、レーダ信号処理・制御部１４からの制御信号によって、出射レンズ１０を駆動しレーザ光の出射方向を水平方向に走査する水平走査アクチュエータ３ａと垂直方向に走査する垂直走査アクチュエータ３ｂからなる。
【００１２】
出射レンズ１０は例えばフレネルレンズであり、出射レンズ１０が水平走査アクチュエータ３ａ、垂直走査アクチュエータ３ｂによって水平方向、垂直方向に駆動されると、プリズム面が移動し、レーザダイオード８からのレーザ光の出射方向が偏向される。
レーザレーダシステム２は、車両の前部バンパー部に、前方に向けて設けられる。
【００１３】
レーザダイオード８はたとえば、波長８５０〜９５０ｎｍ付近に放射強度のピークを有する近赤外線レーザダイオードである。フォトダイオード１２はこの波長の近赤外線に適合した感度を有する。
【００１４】
レーダ信号処理・制御部１４は、後述するように車間距離に応じて適切な水平方向角度範囲または垂直方向角度範囲にて水平走査アクチュエータ３ａ、垂直走査アクチュエータ３ｂによってレーザ光を周期的に走査するように制御すると共に、各周期の走査中に複数のレーザ光のパルスを適切なタイミングに出射するように駆動回路９を制御する。
【００１５】
また、レーダ信号処理・制御部１４は、受波した反射レーザ光のパルスによる電気信号を増幅回路１３から受け、レーザ光の出射から受波までの時間Δｔに基づき前方車両までの車間距離Ｄを式（１）によって算出し、通常の車間距離検出装置と同様に、例えば走査の周期内での最小のＤの値を走査の周期毎の車間距離Ｄ＊（Ｄ１＊、Ｄ２＊、・・・）として決定する。
Ｄ＝（Ｃ×Δｔ）／２              ・・・・（１）
ここでＣは光速度である。
【００１６】
レーダ信号処理・制御部１４は、前回走査周期の車間距離Ｄ１＊と今回走査周期の車間距離Ｄ２＊とから、式（２）によって相対速度Ｖｒを算出する。その後、これらの車間距離Ｄ＊、相対速度Ｖｒを車間距離コントロール・ユニット４に出力する。
Ｖｒ＝（Ｄ２＊−Ｄ１＊）／Ｔ      ・・・・（２）
ここで、Ｔは走査の周期を示す。
【００１７】
出射レンズ１０から出射されるレーザ光は、例えば垂直方向の広がり３°、水平方向の広がり１°の水平方向には狭いビーム光である。
したがって、レーダ信号処理・制御部１４は、自車両が走行している車線上の前方車両を検出するため、水平方向の走査角度範囲を適切に制御するなど通常の車間距離検出装置と同様の車間距離検出の処理をする。
【００１８】
図２はレーザ光を走査するときの走査範囲を説明する図である。
横軸は水平走査角度、縦軸は垂直走査角度を示し、原点は車両前方正面を向いた時の光軸の示す方向である。外側の破線で示す領域はレーザ光の広がりを考慮した走査可能範囲３１を示す。
前方車両との車間距離が所定距離、例えば１４ｍ以上の場合は、レーダ信号処理・制御部１４は、図２の（ａ）の走査範囲３２で示すように、垂直方向には車両前方０°に光軸を固定し、水平方向には例えば左右幅３０°（Ｌ１）に光軸を走査する。太い矢印は光軸の走査方向の変化範囲を示し、斜線部で示す走査範囲３２が、レーザ光の広がりを考慮した走査範囲を示す。
【００１９】
前方車両との車間距離が所定距離、例えば１４ｍ未満の場合は、レーダ信号処理・制御部１４は、図２の（ｂ）の走査範囲３３で示すように、例えば光軸を垂直方向には車両前方０°〜１４°の上下幅１４°（Ｌ２ａ）の範囲で、水平方向には−０．５°〜＋０．５°の左右幅１°（Ｌ２ｂ）の範囲で、垂直走査と水平走査を交互に繰返す。太い矢印は光軸の走査方向の変化範囲を示し、斜線部で示す走査範囲３３が、レーザ光の広がりを考慮した走査範囲を示す。
なお、ここでＬ１＝２（Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）の関係である。
【００２０】
車間距離コントロール・ユニット４は、車間距離Ｄ＊および相対速度Ｖｒに基づいてスロットル・アクチュエータ５を介してエンジン出力を、ブレーキ・アクチュエータ６を介してブレーキを制御し、前方車両との車間距離が一定になるようにする。
また、車間距離コントロール・ユニット４は、前方車両に接近し過ぎた場合、表示装置７に出力して運転者に警報する。
【００２１】
レーザレーダシステムの車間距離検出のフローチャートを図３に示す。
まず、運転者が車間距離制御システム１を起動したものとする。
ステップ１００では、レーザレーダシステム２が、所定の水平方向角度範囲の周期的な水平走査を開始する。このとき、レーザ光の光軸は垂直方向０°つまり路面に水平に固定した状態で図２の（ａ）に示す操作範囲３２のような水平走査を行う。このとき、例えば−１５°〜＋１５°または＋１５°〜−１５°の一方向の走査で１周期とする。
【００２２】
ステップ１０１では、レーダ信号処理・制御部１４は、各周期の水平走査中に適切なタイミングでレーザ光パルスを出射制御し、車間距離の測定を行う。つまり、式（１）に基づき、車間距離Ｄを算出した後、所定の方法で車間距離Ｄ＊を決定し、式（２）に基づき前方車両との相対速度Ｖｒを算出する。算出された車間距離Ｄ＊、相対速度Ｖｒは、車間距離コントロール・ユニット４に送られる。
【００２３】
ステップ１０２では、レーダ信号処理・制御部１４は、自車両の前方に物体を認識しているかどうかチェックする。レーザレーダシステム２の最大検知距離、例えば１００ｍ内に物体が存在する場合は計測された距離は最大検知距離より小さい値を得るので、物体を認識していると判断してステップ１０３に進む。
物体が存在していない場合には、最大検知距離を超える値を得るので、物体を認識していないと判定して、ステップ１００に戻り、水平走査を行う。
【００２４】
ステップ１０３では、レーダ信号処理・制御部１４は、車間距離Ｄ＊が所定値、ここでは１４ｍ以上か、未満かを判定する。
１４ｍ以上のときは、ステップ１００に戻りレーザ光の水平走査を繰返す。
１４ｍ未満のときは、ステップ１０４に進む。
ステップ１０４では、レーザ光の周期的な垂直水平走査を開始する。つまり、レーザ光の光軸を図２の（ｂ）に太い矢印で示すように、水平方向にＬ１より狭い角度＋０．５°〜−０．５°のＬ２ｂの範囲で左に水平走査を行い、水平走査後に垂直方向に０°〜＋１４°のＬ２ａの範囲で走査し、さらに水平走査、垂直走査を矢印のように交互に繰返す。
【００２５】
ステップ１０５では、レーダ信号処理・制御部１４は、各周期の水平および垂直走査中の適切なタイミングに複数のレーザ光のパルスを出射制御し、車間距離の測定を行う。つまり、式（１）に基づき車間距離Ｄを算出し、車間距離Ｄ＊を決定し、式（２）に基づき前方車両との相対速度Ｖｒを算出する。算出された車間距離Ｄ＊、相対速度Ｖｒは、車間距離コントロール・ユニット４に送られる。ステップ１０６では、レーダ信号処理・制御部１４は、自車両の前方に物体を認識しているかどうかをステップ１０２と同じようにチェックする。物体を認識している場合にはステップ１０３に戻る。認識していない場合はステップ１００に戻り、水平走査を繰返す。
【００２６】
本実施の形態のフローチャートにおけるステップ１００、１０２，１０３、１０４、１０６は本発明の走査手段を構成する。また、レーザ光は本発明の電磁波に対応する。
【００２７】
車両の前部バンパー部に路面からの高さ例えば３５０ｍｍにレーザダイオード８の光軸位置を前方水平に設定し、走査方向は垂直方向を０°に固定して、水平方向にのみレーザ光を走査する場合を考える。
前方車両が大型貨物車で、車間距離が１３．４ｍまで近づくと、図４の斜線領域Ａで示すように、上下幅３°、左右幅１°の広がりのレーザ光が前方車両の車体の下に潜り込み始める。
【００２８】
本実施の形態によれば、車間距離Ｄ＊が所定の距離、例えば１４ｍ未満になったことを検出して、レーザ光の走査を垂直方向０°から上方の垂直方向と水平方向の走査の交互繰返しに変更する。その結果、レーザ光の一連の走査周期の間に車両下部に潜り込まない斜線領域Ｂで示すレーザ光のパルスも出射する。
【００２９】
従って、近接車両が小型車、普通車の場合は、斜線Ａのレーザ光で、車高が高い大型車の場合は斜線Ｂのレーザ光で確実に車体後部を検出でき、正確な車間距離Ｄ＊が決定できる。
また、本車間距離制御システムにおいては、前方車両に近接したとき、走査周期間での車体後部と後部車軸の交互検出による車間距離制御のハンチングを生じるのを防止できる。
【００３０】
さらに、光軸の走査角度の範囲をＬ１＝２（Ｌ２ａ＋Ｌ２ｂ）とすることにより、水平走査アクチュエータ３ａと垂直走査アクチュエータ３ｂの角度変化速度が同じとすると、ステップ１００における走査周期とステップ１０４における走査周期を同じ時間に設定できる。その結果、相対速度Ｖｒの算出が容易になる。
【００３１】
なお、前方車両との車間距離が所定距離未満となったときの、レーザ光の走査方法は図２の（ｂ）に示す例に限定されない。
例えば、図２の（ｂ）に示す走査周期と、図２の（ａ）に示す走査周期を交互に繰り返してもよい。
また、図２の（ｂ）に示す走査の代わりに、中央０°を中心としてＬ１より狭く１°より広い水平走査角度として、右へまたは左への一方向の水平走査の終了の度にレーザ光の光軸を上方に増加して、水平走査を繰返し、最後に垂直方向０°の方向に戻って１周期とし、その１周期の時間をＬ１の水平走査の１周期と同じとしてもよい。
【００３２】
さらに、レーザ光の走査において出射レンズ１０を水平走査アクチュエータ３ａ、垂直走査アクチュエータ３ｂで駆動する構成としたが、走査機構はこれに限定されない。例えば出射レンズ１０の前方に設置した図示しない走査反射鏡を水平走査アクチュエータ３ａ、垂直走査アクチュエータ３ｂで駆動する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】走査範囲を説明する図である。
【図３】車間距離検出のフローチャートである。
【図４】近接前方車両へのレーザ光の照射を説明する図である。
【符号の説明】
１        車間距離制御システム
２        レーザレーダシステム
３ａ      水平走査アクチュエータ
３ｂ      垂直走査アクチュエータ
４        車間距離コントロール・ユニット
５        スロットル・アクチュエータ
６        ブレーキ・アクチュエータ
７        表示装置
８        レーザダイオード
９        駆動回路
１０      出射レンズ
１１      受光レンズ
１２      フォトダイオード
１３      増幅回路
１４      レーダ信号処理・制御部
３１      走査可能範囲
３２      走査範囲
３３      走査範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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