(57)【要約】【課題】障害物の距離のみならず高さをも同時に効率的に検出可能な車両用障害物検出装置を提供する。【解決手段】レーザ光を出射して反射を受波する送波部２、受波部３と、物体との距離、物体の高さを算出し、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１からなる。レーダ信号処理・制御部の検出制御判断部１４は、物体の高さを検出するために、２段階の検出走査の制御を行う。まず物体の存在を検出のために水平走査のみの第１段階の検出走査を行い、ついで物体が検出されたとき、第１段階の検出走査時の物体からの反射の方向を軸として、走査面を傾けつつ、第２段階の検出走査を繰り返し行う。高さ算出部１３は、第２段階の検出走査が終了した時点で、検出制御判断部から走査面方向の回転角を得て、物体までの距離に基づいて物体の高さを算出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波のパルスを自車両前方または後方の物体に向けて出射するとともに、前記物体で反射された前記電磁波のパルスを受波することにより、物体を検出する装置において、
前記電磁波の出射方向を変えて走査する走査手段と、
所定の垂直方向の角度で水平方向に前記電磁波を走査して、前記物体からの少なくとも２つの等距離にある反射を検出した場合には、検出した前記２つの反射の一方である第１の反射を得た前記電磁波の出射方向を軸として、前記走査の平面を前記反射の他方である第２の反射が検出できなくなるまで傾ける走査面変更手段と、
前記第２の反射が検出できなくなったときに、前記第２の反射が検出できなくなる前の前記第２の反射を得た前記電磁波の出射方向に基づいて物体の高さを検出する高さ検出手段とを備えることを特徴とする車両用障害物検出装置。
【請求項２】
前記第１の反射は、自車両の車幅方向の中心を通る前後軸に最も近い出射方向のものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用障害物検出装置。
【請求項３】
前記第１の反射が前記前後軸に対し右側に検出された場合は、前記走査面変更手段は前記走査の平面を時計回りに傾け、
前記第１の反射が前記前後軸に対し左側に検出された場合は、前記走査面変更手段は前記走査の平面を反時計回りに傾けることを特徴とする請求項２に記載の車両用障害物検出装置。
【請求項４】
前記第１の反射と第２の反射は、それぞれに対応する反射位置間距離が所定値以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の車両用障害物検出装置。
【請求項５】
前記第１の反射と第２の反射は、それぞれに対応する反射位置間距離が所定値以下で最大のものであることを特徴とする請求項４に記載の車両用障害物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を自車両から物体に向けて出射するとともに、物体から反射された電磁波を受波することにより、物体を検出する車両用障害物検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−３６５３６５号公報
レーザ光やミリ波などの電磁波を車両前方または後方に出射し、電磁波の出射方向を水平方向に走査し、その反射波を受波して障害物を検出する装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば駐車場の入り口のゲートや、路面に設けられたキャッツアイなどの障害物においては、それを自車両が通過できる高さか、または車輪が支障なく乗り越えることができる高さかを判定する必要がある。
従来の障害物検出装置では、障害物の位置や自車両からの距離、自車両との相対速度を算出することができるが、障害物の高さを検出することができなかった。
【０００４】
これを解決するために例えば特許文献１に記載されているように、電磁波を出射する垂直方向の角度を順次変えつつ、水平方向に走査することによって、障害物を検出したときの、障害物までの距離と垂直方向の走査角度から障害物の高さを算出する方法が考えられる。
その場合電磁波の出射方向を垂直方向と水平方向の走査可能範囲全体にわたって走査することになり、障害物の高さを検出するまでに時間が掛かり、データ量が増大して演算時間が長くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するために、垂直方向、水平方向の２次元走査を走査可能範囲全体にわたって走査することなく短時間に走査することによって物体の高さを求めることができる車両用障害物検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、電磁波のパルスを自車両前方または後方の物体に向けて出射するとともに、物体で反射された電磁波のパルスを受波することにより、物体を検出する装置において、電磁波の出射方向を変えて走査する走査手段と、所定の垂直方向の角度で水平方向に電磁波を走査して、物体からの少なくとも２つの等距離にある反射を検出した場合には、検出した２つの反射の一方である第１の反射を得た電磁波の出射方向を軸として、走査の平面を反射の他方である第２の反射が検出できなくなるまで傾ける走査面変更手段と、第２の反射が検出できなくなったときに、第２の反射が検出できなくなる前の第２の反射を得た電磁波の出射方向に基づいて物体の高さを検出する高さ検出手段とを備えるものとした。
【０００７】
【発明の効果】
本発明により、電磁波の出射方向を垂直方向と水平方向の走査可能範囲全体にわたって走査することなく、狭い範囲の走査を行うのみで物体の高さを検出するので、物体の高さを検出するまでの時間が短縮できる。
また、少なくとも二つの等距離にある出射方向の異なる反射を検出したとき、一方の第１の反射を得た出射方向を軸として、他方の第２の反射を検出できなくなるまで走査の平面を傾けるので、常に同一の物体の反射を捉えながら高さの測定を行っていることになり、他の物体の高さを誤って測定することがない。
【０００８】
【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は実施の形態の車両用障害物検出装置のブロック構成図である。
本装置は、大きくはレーザ光を走査しながら出射する送波部２、出射されたレーザ光の反射波を集光して電気信号に変換する受波部３、物体との距離、物体の高さを算出し、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１、測定結果を表示する表示装置４、自車両の車速を検出する車速センサ５、自車両の走行方向を検出する自車姿勢検出センサ６からなる。
【０００９】
送波部２は、レーザ光をパルス発信するレーザダイオード２１、レーザダイオード２１に電流を供給する駆動回路２２、レーザダイオード２１からのレーザ光を所定の垂直方向および水平方向の角度範囲の広がりのビームに調整する成形レンズ２３、レーザ光の出射方向を変化させて走査する走査鏡２４、走査鏡２４を駆動する走査アクチュエータ２５からなる。
【００１０】
受波部３は、物体からの反射レーザ光を集光する受光レンズ３３、受光レンズ３３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３１、フォトダイオード３１からの電気信号を増幅する増幅回路３２からなる。
送波部２と受波部３は、例えば車両前部バンパーの車幅方向中央に、前方に向けて設ける。
【００１１】
レーザダイオード２１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３１はこの波長の近赤外線に適合した感度を有する。
成形レンズ２３から出射されるレーザ光は、たとえば垂直方向に３°、水平方向に１°の広がりを持ったビーム光である。
レーザ光の光軸の垂直方向、水平方向共に０°の方向は車両の真正面前方で、路面からの高さｈに設定されている。
【００１２】
レーダ信号処理・制御部１は、２次元走査部１１、距離算出部１２、高さ算出部１３、検出制御判断部１４、走査面方向設定部１５、初期設定記憶部１６からなる。
２次元走査部１１は、走査面方向設定部１５から入力された走査面方向指示に基づき、その走査面内の範囲にレーザ光を出射するように走査アクチュエータ２５を制御し、各走査周期内の適切なタイミングにレーザ光を発信するように駆動回路２２を制御する。
また、２次元走査部１１は、レーザ光の発信タイミング信号と、その時の走査方向角度位置の信号を距離算出部１２に送る。
【００１３】
距離算出部１２は、２次元走査部１１からのレーザ光の発信タイミング信号と増幅回路３２からの反射レーザ光の受波タイミング信号の時間差Δｔに基づき物体までの距離Ｄを式（１）によって算出する。
Ｄ＝（Ｃ×Δｔ）／２              ・・・・（１）
ここでＣは光速度である。
距離算出部１２は、算出した距離Ｄを、走査方向角度位置の信号とともに検出制御判断部１４に出力する。
【００１４】
検出制御判断部１４は、レーダ信号処理・制御部１全体を制御する機能を有し、本装置が物体の高さを検出するための２段階の検出走査の制御を行う。
まず物体の存在を検出のためにレーザ光の水平走査のみの第１段階の検出走査を行い、ついで物体が検出されたときにその高さを検出するために、第１段階の検出走査時に物体からの反射を得た一つの走査方向角度位置を向くレーザ光光軸を中心にして、走査面を斜めに傾けて走査を行い、その走査面の角度を変えて走査を繰り返す第２段階の検出走査を行う。
【００１５】
さらに、検出制御判断部１４は、物体の高さ検出を行った後、再度第１段階の検出走査を行って当該物体の距離検出を行いつつ、物体との距離と、車速センサ５からの自車両の車速データ、自車姿勢検出センサ６からの走行方向データに基づいて、物体との距離測定の周期間の物体と自車両の相対位置の変化から同一物体を検出しているかどうかの判定を行う。
なお、ここでは第１段階の検出走査、第２段階の検出走査の各走査での走査周期は全て同一の周期Ｔｍｓｅｃとする。
【００１６】
初期設定記憶部１６は、物体の有無を検出するために、水平走査をするための走査面設定条件を記憶している。
走査面方向設定部１５は、第１段階の検出走査では、初期設定記憶部１６から初期の水平走査の走査面設定条件を読み出し、その走査面に沿った走査をするように２次元走査部１１に走査方向指示を送る。
走査面方向設定部１５は、また検出制御判断部１４から第２段階の検出走査指示を受けたときは、後述のフローチャートのように走査面方向を設定し、その走査面に沿った走査をするよう２次元走査部１１に走査方向指示を送り、検出制御判断部１４から第２段階の検出走査の停止指令があるまで順次走査面方向の設定を変化させて、つまり走査面を回転して走査を行わせる。
【００１７】
高さ算出部１３は、第２段階の検出走査が終了した時点で、検出制御判断部１４から走査面方向の回転角を得て、物体までの距離に基づいて物体の高さを算出する。
算出された高さは、検出制御判断部１４を介して表示装置４に表示される。なお、表示装置４には、物体との距離も検出制御判断部１４を介して表示される。
【００１８】
図２は、本実施の形態における物体の高さ測定の流れ図である。
ステップ１０１では、走査方向設定部１５は、第１段階の検出走査を行うために、走査面の初期設定を行う。つまり、走査方向設定部１５は、走査面方向のパラメータを初期設定値記憶部１６から読み出し、２次元走査部１１に送出する。
第１段階の検出走査は、レーザ光の光軸を上下方向０°または上方向に角度θｖに固定して、左右方向に走査する水平走査である。
【００１９】
ステップ１０２では、２次元走査部１１は、水平走査による距離測定を行う。つまり、２次元走査部１１は、入力された走査面方向のパラメータに基づいて、走査鏡２４の方向を水平方向に変化させつつ、レーザ光のパルスを適切なタイミングで発信させる。
距離算出部１２は各レーザ光のパルス毎に物体までの距離を算出し、２次元走査部１１から入力される走査方向角度位置と、物体までの距離データＤを検出制御判断部１４に送る。検出制御判断部１４は、入力された距離データＤを走査方向角度位置に対応させて記憶する。
【００２０】
ステップ１０３では、検出制御判断部１４は、第１段階の検出走査によって得た距離データについて評価し、等距離にある２つ以上の反射を得たかどうかをチェックする、つまり大きさのある物体を検出したか否かを判定する。
図３は、θｖ＝Ｖ３として水平方向にＨｍｉｎ〜Ｈｍａｘの範囲で走査し、第１段階の検出走査を行った結果を説明する図である。
【００２１】
距離データＤ（水平方向の走査方向角度位置・・・Ｈ−４、Ｈ−３、Ｈ−２、Ｈ−１、Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、・・・に対応させて個々の距離データＤを・・・Ｄ−４、Ｄ−３、Ｄ−２、Ｄ−１、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・とする。）を相互比較し、距離の差が所定値以内の距離Ｄを抽出する。例えば、ダブルハッチングで示す反射ｅ１、ｅ２、ｅ３の距離がＤ１、Ｄ−２、Ｄ−４であり、その値がほぼ等しく差が所定値内に入っていたとする。
【００２２】
次に、検出制御判断部１４は、このｅ１、ｅ２、ｅ３に対して、水平方向走査角度０°に近い走査方向角度位置の反射、ここではｅ１を基準点として互いの水平方向の角度差ΔθＨを求め、例えばｅ１とｅ３に対して式（２）に基づきｅ１とｅ３間の実際の距離幅ΔＳＷを推定する。
ΔＳＷ＝（Ｄ−４＋Ｄ１）×ｔａｎ（ΔθＨ／２）      ・・・（２）
その距離幅が所定の値ＤＴ１以下の場合、ＤＴ１以下で最大の距離幅となる反射の対の水平方向走査角度位置を記憶する。
ここでは、反射ｅ１とｅ３の対応する位置の距離幅が所定の値ＤＴ１以下であったとして、水平方向走査角度位置Ｈ１、Ｈ−４を記憶する。
ｅ１を基準点とした反射ｅ２、ｅ３とのいずれの組み合わせでも、推定された実際の距離幅ΔＳＷがＤＴ１より大きい場合は、同一物体からの反射信号とは判定しない。
その後、大きさのある一つの物体を検出したとして、第２段階の検出走査を行うためにステップ１０４に進む。
なお、自車両からの距離が同一とみなせる複数の反射が存在しないとき、または距離幅ΔＳＷがＤＴ１より大きく、同一物体からの反射信号とは判定されないときは、最終的に大きさのある物体を検出していないと判断して、ステップ１０２に戻り、第１段階の検出走査の水平走査による距離測定を行う。
【００２３】
ステップ１０４では、検出制御判断部１４は、大きさのある一つの物体に対して高さ検出のための第２段階の検出走査を行うために、走査面を回転させる回転軸と回転方向を決定する。
同一物からの等距離にあると判断され対で選定された反射のうち、自車両の車幅方向中心を通る前後軸に近い方向からの反射を第１の反射、他方を第２の反射と以後呼ぶ。
回転軸は、ステップ１０２の第１の反射に対する第１段階の検出走査時のレーザ光の出射方向線とする。つまり、図３の例では水平方向走査角度０°に近いｅ１の走査方向角度位置（Ｈ１，Ｖ３）の出射方向線が走査面を回転させる回転軸となる。
回転方向は、第１の反射が水平方向走査角度０°（自車両の車幅方向中心を通る前後軸）から右側にある場合は右回り（時計回り）、逆に水平方向走査角度０°より左側にある場合は左回り（反時計回り）とする。
検出制御判断部１４は、回転軸と回転方向を決定後、物体の高さを検出する指令、走査面回転軸のデータと回転方向の指令を走査面方向設定部１５に送る。
【００２４】
ステップ１０５では、走査面方向設定部１５が、物体の高さを検出する指令を受け、繰返し行う第２段階の検出走査のその都度の走査面の方向を設定する。
走査面の方向は、繰返しの最初は図３に示す初期水平走査面Ｐｉに対して、ｅ１の走査方向角度位置（Ｈ１，Ｖ３）の出射方向線を軸に所定の回転角度増分Δθｓを前述の回転方向に増して、角度Δθｓで走査面Ｐｓ（１）を設定する。
次からの繰返しでは、前回の走査面の角度に回転角度増分Δθｓを前述の回転方向に加算してそのときの回転角度θｓとする走査平面Ｐｓ（ｎ）（Ｐｓ（２）、Ｐｓ（３）、・・・・）を設定する。
走査面方向設定部１５は、新たな走査面Ｐｓ（ｎ）（Ｐｓ（１）、Ｐｓ（２）、Ｐｓ（３）、・・・・）に対応するパラメータを２次元走査部１１に送出する。
ここで添え字の（ｎ）は第２段階の検出走査の繰返し番号ｎを意味する。
【００２５】
ステップ１０６では、２次元走査部１１は、設定された新たな走査面Ｐｓ（ｎ）に対して走査し、距離算出部１２にて物体までの距離を測定する。
距離算出部１２は、２次元走査部１１から出力されるレーザ光を発信するタイミング信号とその時のビームの走査方向角度位置を受け、ステップ１０２と同様にレーザ光のパルス毎に物体までの距離を算出し、その距離データＤ（・・・Ｄ−４（ｎ）、Ｄ−３（ｎ）、Ｄ−２（ｎ）、Ｄ−１（ｎ）、Ｄ０（ｎ）、Ｄ１（ｎ）、Ｄ２（ｎ）、Ｄ３（ｎ）、・・）と走査方向角度位置とを検出制御判断部１４に出力する。
検出制御判断部１４は、入力された距離データＤを走査方向角度位置に対応させて記憶する。
【００２６】
ステップ１０７では、検出制御判断部１４は、第２段階の検出走査の走査面Ｐｓ（ｎ）に対して、前述の第２の反射ｅ３の水平方向角度位置Ｈ−４で、距離Ｄ−４と同一距離に物体を検出したかどうかを判定する。
つまり、距離データＤ−４（ｎ）が、第１段階の検出走査時の距離データＤ−４と所定の誤差内で一致するかどうか判定する。一致した場合は物体を検出したと判定する。一致しない場合は物体を検出できなかったと判定する。
【００２７】
ステップ１０３で大きさのある物体を検出してから、第２段階の検出走査を繰り返してステップ１０７に到るまでの時間は極めて短く、たとえば５０ｍｓｅｃ程度にできるので、その間の物体までの距離の変化は極めて小さい。つまり、自車両と物体の相対位置の変化は小さい。
従って、例えば走査面Ｐｓ（ｎ）の走査の結果、物体を検出できなかったということは、物体は水平方向角度位置Ｈ−４に存在するにも関わらず、走査面Ｐｓ（ｎ）が物体の高さの上端を越えたことを意味する。
検出制御判断部１４は、水平方向角度位置Ｈ−４に物体を検出した場合は、走査面方向設定部１５に走査面の回転角度を増して、新しい走査面を設定するよう指令する。図３の走査面Ｐｓ＊のように物体を検出しない場合は、ステップ１０８に進む。
【００２８】
ステップ１０８では、高さ算出部１３は、前回繰返し時の走査面の回転角度θｓ＊に基づき、式（３）〜（５）から物体の高さＨＴ＊を推定する。
図４は、第１の反射ｅ１の出射方向線ｍに対して垂直な平面５１を、送波部２から物体までの距離Ｄの位置に想定し、第１段階の検出走査の走査面Ｐｉからの回転角度θｓ＊、第１段階の検出走査段階における水平走査時の固定された垂直方向角度θｖ、反射ｅ１とｅ３の水平方向の角度差ΔθＨから物体の高さＨＴを求める方法を説明する図である。
ここで位置５２は第１の反射ｅ１に対応する実際の位置であり、位置５３は図３の座標（Ｈ−４，Ｖ７）の反射に対応する実際の位置である。
【００２９】
物体の反射ｅ１とｅ３に対応するそれぞれの実際の位置の平面５１上での幅Ｗは、式（３）によって算出される。
Ｗ＝Ｄ×ｔａｎ（ΔθＨ）      ・・・・・（３）
さらに、物体の実際の高さＨＴは、平面５１と真の垂直面とのなす角が小さいと仮定して、位置５３の示すレーザ光の光軸が向いている位置までの高さＨＴは式（４）によって算出される。
ＨＴ＝ｈ＋Ｄ×ｓｉｎ（θｖ）＋Ｗ×ｔａｎ（θｓ＊）    ・・・（４）
ここで、ｈは送波部２と受波部３が設けられている路面からの高さである。
レーザ光のビームの上下方向の広がり角度を考慮すると、物体の実際の高さＨＴ＊は、上下方向の広がり角度の半値をＢｖ（ここでは１．５°）として、式（５）のようになる。
ＨＴ＊＝ＨＴ−Ｄ×ｔａｎ（Ｂｖ）      ・・・（５）
【００３０】
ステップ１０９では、検出制御判断部１４は、ステップ１０１と同様に第１段階の検出走査を行うために走査面の初期設定を走査面方向設定部１５に行わせ、ステップ１０２と同様に２次元走査部１１が水平走査を行う。距離算出部１２は距離を算出し、検出制御判断部１４に距離データを走査方向角度位置に対応させて記憶させる。
【００３１】
ステップ１１０では、検出制御判断部１４が、前回の繰り返しのステップ１０９で検出した物体と、今回の繰り返しのステップ１０９で検出した物体とが、同一物かどうかを判定する。
初めて、ステップ１１０に入った場合は、ステップ１０６におけるたとえば水平方向角度位置Ｈ１近傍に、２度目以降の繰り返しでステップ１１０に入った場合は、前回のステップ１０９における反射ｅ１水平方向角度位置近傍に、今回のステップ１０９における反射が得られ、反射ｅ１の水平方向角度位置、物体までの距離の前回からの変化が、たとえば式（６）を満たせば、検出している物体は、高さ測定した物体と同一と判定する。
Ｌ１ｃｏｓθ１−Ｌ２ｃｏｓθ２＜Ｖｃ×Ｔ＋α          ・・・（６）
ここで、Ｌ１：１周期前の物体の検出距離
Ｌ２：今回の周期の物体の検出距離
θ１：１周期前の物体を検出した水平方向走査角度位置
θ２：今回の周期の物体を検出した水平方向走査角度位置
Ｖｃ：自車両の車速
Ｔ：走査周期
α：余裕代
図５は、式（６）の判定式を説明する図である。この例では、自車両が物体に対し走査周期Ｔの間に、相対的に直進した場合である。
【００３２】
同一物と判定されたときは、ステップ１０９に戻り物体の距離の測定を繰り返す。同一物と判定されない場合は、ステップ１０１に戻る。
本実施の形態のフローチャートのステップ１０２、１０６と１０９は本発明の走査手段を、ステップ１０１、ステップ１０３から１０５は走査面変更手段を、ステップ１０７、１０８は高さ検出手段を構成する。
【００３３】
以上のように本実施の形態によれば、レーザ光の出射方向を図３の垂直方向走査角度０°より上方の走査角空間全体にわたって走査する必要がないので、物体の高さを検出するまでの時間が短縮できる。
また、第２段階の検出走査において、検出している物体を継続して捉えながら物体の高さを測定するので、別の物体の高さを誤測定することがない。
【００３４】
なお、本実施の形態では、ステップ１０７の物体の検出判定において、第１段階の検出走査時と同じ水平方向走査角度位置において、同じ物体の高さが検知されるかどうかを判断することにしたが、ステップ１１０の同一物体を検出しているか否かの判定のように、自車両の車速と走行方向のデータを加えて、物体との相対位置が変化している場合も、自車両と物体との相対位置の変化による効果の範囲内で同一物体の高さが検出されているかどうか判断してもよい。
また、本実施の形態では、レーザ光のビームの広がりが水平方向に１°、垂直方向に３°としたが、水平方向、垂直方向ともに１°としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック構成を示す図である。
【図２】物体の高さを測定する流れを示す図である。
【図３】第１段階の検出走査と第２段階の検出走査を走査方向角度の座標系で説明する図である。
【図４】第２段階の検出走査から物体の高さを算出する方法を説明する図である。
【図５】自車両の進行に対し検出している物体が同一であることを判定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１        レーダ信号処理・制御部
２        送波部
３        受波部
４        表示装置
５        車速センサ
６        自車姿勢検出センサ
１１      ２次元走査部
１２      距離算出部
１３      高さ算出部
１４      検出制御判断部
１５      走査面方向設定部
１６      初期設定記憶部
２１      レーザダイオード
２２      駆動回路
２３      成形レンズ
２４      走査鏡
２５      走査アクチュエータ
３１      フォトダイオード
３２      増幅回路
３３      受光レンズ
５１      平面
５２、５３    位置
【図１】
2005003397.tif 000003
【図２】
2005003397.tif 000004
【図３】
2005003397.tif 000005
【図４】
2005003397.tif 000006
【図５】
2005003397.tif 000007