JP2008249405A - 物体識別方法及び物体識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価な構成で、物体の正確な位置を検知可能とする物体識別方法及び物体識別装置を提供する。
【解決手段】メインローブ照射方向にミリ波ビームを照射すると共に、メインローブ１０とサイドローブ１１Ａ、１１Ｂで被検知対象物からの反射波を受信するアンテナ４と、アンテナのサイドローブで受信した反射波の反射電力強度を求めるとともに、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量Ｐが所定値Ｐ１以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両走行時の車両の周囲に位置する物体、特に車両前方に位置する物体の識別方法とその識別装置に関する。

スキャニングアンテナで所定の領域内にビームを走査し、その検知領域内に存在する物体で反射された反射波を解析することにより物体検知を行う技術が知られている。このような電波を利用したリモートセンシング技術は、たとえば、車両に搭載されて、車両走行時の車両前後や左右に位置する物体の識別方法とその識別装置に応用されている。

スキャニングアンテナを利用した電波センサの場合、検知対象物となる物体を他の物体と識別し、かつ、検知対象物の正確な方位を特定する必要から、一般にアンテナ特性として鋭い指向性が要求されている。ところが、スキャニングアンテナのメインローブの狭角化ならびに高感度化を狙いアンテナの指向性を強めると、それに反してサイドローブのレベルが高くなる。その結果、サイドローブによって意図しない方位に存在する物体を検知してしまい、検知対象物の方位を見誤る（方向誤検知）可能性が高くなるという問題が生じてしまう。このような方向誤検知が発生すると、物体情報に応じて作動する各デバイス、たとえば、車間距離を一定に保つ目的でエンジン出力を調整する駆動系デバイス、障害物との衝突回避のためにブレーキ力を調整する制動系デバイス、さらに、ドライバへ危険状態を報知する警報デバイスなどの誤作動の要因となってしまう。

このような課題を解決するため、特許文献１では、アンテナのメインローブ照射方向を段階的に切り替えて複数の方向にビームを照射し、各照射方向においてメインローブまたはサイドローブで得られる検知対象物からの反射波を受信し、受信した反射波から照射方向毎の反射電力強度を求めて、各照射方向の反射電力強度の相対的な変化のパターンに基づいて検知対象物が存在する方位を特定する物体検知方法が提案されている。

特開２００４−１４４５４３号公報

特許文献１においては、アンテナのメインローブ照射方向を段階的に切り替えるとともに、受信した反射波から照射方向毎の反射電力強度を求めて、各照射方向の反射電力強度の相対的な変化のパターンに基づいて検知対象物が存在する方位を特定するので、アンテナの可変機構と複数のパターンデータを記憶する必要があり、コスト高の要因となってしまう。

また、照射ビームとしてミリ波レーダーを用いる場合、前方の物体となる車両よりも反射率の高い、例えば金属製の陸橋通過時や、路側に設けられた反射ポールや標識などからの反射波を拾い易く、誤検知の要因となってしまう。

本発明は、簡易かつ安価な構成で、物体の正確な位置を検知可能とする物体識別方法及び物体識別装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願発明者は、反射波を受信する位置によって変化するアンテナの受信強度の変化に着目し、変化の単位時間当たりの違いを見ることにより、検知対象物が車両の正面に位置するものか、オフセットされた位置にあるものなのかを判別する着想を得た。

すなわち、本発明の物体識別方法は、アンテナのメインローブ照射方向にビームを照射し、照射方向においてサイドローブで得られる反射波から照射方向の反射電力強度を求め、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断するようにした。

また、照射ビームは、平面的な方向に位置する被検知対象物からだけではなく、車両の上下方向、例えば凍結や濡れた路面でも反射される場合がある。この場合、路面の状況は標識などに比べて、その反射面は一定なことが少なく、車両の移動に対する反射波の変位回数が標識などに比べて多くなることが想定できる。

このため、本発明に係る物体識別方法においては、単位時間あたりの変化量が所定値以上になる回数が所定回数以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断するようにした。

このような方法を実現する本発明の物体識別装置は、メインローブ照射方向にビームを照射すると共に、メインローブとサイドローブで被検知対象物からの反射波を受信するアンテナと、アンテナのサイドローブで受信した反射波の反射電力強度を求めるとともに、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断する制御手段とを有することを特徴としている。制御手段が、単位時間あたりの変化量が所定値以上になる回数が所定回数以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断することを特徴としている。

本発明によれば、アンテナのサイドローブで受信した反射波の反射電力強度を求めるとともに、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断するので、従来のようなアンテナ可変機構や複数のパターンデータを記憶しなくても、被検知対象物からの反射波と他の物体からの反射波との識別を行えるため、簡易かつ安価な構成で、物体の正確な位置を検知可能とする物体識別方法及び物体識別装置を提供することができる。また、物体の正確な位置を検知できるため、これら位置情報に応じて作動する各種デバイスの誤作動を防止することができる。

本発明によれば、単位時間あたりの変化量が所定値以上になる回数が所定回数以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断するようにしたので、反射波の受信感度の変化量の頻度が多い物体からの反射波と被検知対象物からの反射波との識別を行えるため、簡易かつ安価な構成で、物体の正確な位置を検知可能とする物体識別方法及び物体識別装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示す本発明に係る物体識別方法及び物体識別装置１は、車両３の走行時の車両前方に位置する物体や車両等を検知する車両走行安全装置２に適用することができる。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

物体識別装置１は、電波を利用したリモートセンシングを行うもので、アンテナ４と、アンテナ４で受信した情報の処理を行う制御手段として機能するセンサヘッド部５とを備えている。物体識別装置１のレーダー方式には、アンテナ４から照射する電波にミリ波を用いるミリ波レーダー方式を用いている。アンテナ４は、メインローブ照射方向にビームを照射可能な機能を有するアンテナである。

車両走行安全装置２は、前方を走行する車両との車間距離を一定に保つとともに、前方を走る車両が急制動をかけて車間距離が急激に狭まった場合に、シートベルト６，７を急激に巻き取るとともに、制動装置１３を作動させるもので、制御手段としても機能するコントローラ８と各種センサと駆動手段で構成されている。

センサヘッド部５は、アンテナ４より照射する信号を生成する機能、および、受信した反射波（被検知対象物で反射し跳ね返った信号）から反射電力強度を求める機能と、車間距離を計測する機能を有する。センサヘッド部５で算出された反射電力強度や車間距離はコントローラ８に出力される。

コントローラ８は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えた周知のコンピュータにより構成される。装置稼動時には、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵに読み込まれ実行されることで、後述する物体検知処理に係る諸機能が実現されるとともに、車両走行安全装置２の制御部としても機能する。

車両走行安全装置２は、制動装置１３、警告ランプ１４、シートベルト６，７の巻き取り機構となるプリテンショナー１５，１６とコントローラ８を備えている。コントローラ８には、センサヘッド部５、車速検知手段となる車速センサ１７、ハンドル角検知手段となるハンドル角センサ１８、車両３の旋回速度（回転速度）を検知するヨーレイトセンサ１９と、制動装置１３を作動する制動系アクチュエータ２０、プリテンショナー１５，１６を作動するプリテンショナアクチュエータ２１、警告ランプ１４を点灯させる警告ランプ駆動回路２３が電気的に接続されている。

コントローラ８では、センサヘッド部５で求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断するとともに、各センサの検知情報から、車両３の運動状況を判断し、その状況に応じて制動系アクチュエータ２０、プリテンショナアクチュエータ２１及び警告ランプ駆動回路２２を作動するように制御する。このため、コントローラ８の記憶部には、反射電力強度情報や、センサヘッド部５から入力される方位情報などが、随時、記録・更新・蓄積されていく。

図３は、アンテナ４の指向性の一例を示すアンテナパターンである。アンテナ４の指向性は、通常、利得（放射性能の良さ）が最大となるメインローブ１０と、その両側に繰り返し現れる複数のサイドローブとから構成される。本形態において、アンテナの感度特性はメインローブ１０の左右に第１のサイドローブ１１Ａ、１１Ｂが対称に現れる特性とされている。

図４は、アンテナ４から照射されたミリ波レーダーと、車両３の正面前方に位置する被検知対象物としての物体Ａと、車両３の斜め前方に位置する物体Ｂとの関係を示す模式図である。図５は、車両３の走行に伴う、車両３と物体Ａ及び物体Ｂとの位置関係の変位特性、すなわち、アンテナ４と物体Ａ、Ｂとの角度の変位を示す図である。

アンテナ４に対して真正面から接近する物体Ａの場合、アンテナ４と物体Ａの角度は時間が経過してもゼロである。これに対しアンテナ４と真正面になく、例えば物体Ａの側方に位置する物体Ｂとアンテナ４との角度θは、両者が近接するに従い大きくなる。また、アンテナパターンは、反射波を受信する角度に大きく依存し、その特性が変化する。つまり、物体Ｂからの反射波は、当初メインローブ１０で受信していても、物体Ｂがアンテナ４に接近するに従い、サイドローブ（本形態ではサイドローブ１１Ｂ）で受信することになるので、アンテナ４が受信した物体Ａ，Ｂからの反射波の反射電力強度は図５（ｂ）に示すような特性となる。すなわち、反射電力強度は、図９の距離−受信強度関係を使用して、正規化受信強度を求めると、一定値となるが、物体Ｂからの反射波の反射電力強度は、距離（時間）が変化すると、受信したサイドローブの特性に習って大きく変化することになる。

そこで、本形態では、反射電力強度の単位時間あたりの変化量Ｐを判断する際に用いる所定値Ｐ１が予めコントローラ８の記憶部に記憶されていて、算出された反射電力強度の変化量Ｐがこの所定値Ｐ１を超える場合は、アンテナ４が物体Ｂを検知したものとして、その検知情報を制御用のトリガー信号として使用しないようにした。なお、所定値Ｐ１の設定としては、例えばサイドローブの感度レベルに対応させてその値を設定すればよい。

このような構成の物体識別装置１の作用について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳＴ１では車両３が走行中であるか否かを速度センサ１７から検知情報で判断し、走行中である場合にはステップＳＴ２においてメインローブ照射方向にミリ波レーダーを所定間隔で照射し、ステップＳＴ３において反射波を所定間隔で受信する。ステップＳＴ４では、反射波から受信時間に対応する反射電力強度求め、ステップＳＴ５において所定時間における反射電力強度の変化量Ｐを求める。ここでの変化量Ｐは、単位時間当たりの反射電力強度の最高値と最低値を図示しない記憶部に記憶し、その差から求める。

そして、ステップＳＴ６において、変化量Ｐと所定値Ｐ１とを比較し、変化量Ｐが所定値Ｐ１以上の場合には受信した反射波が物体Ａからの反射波でないと判断して、ステップＳＴ７に進んでその信号は車両走行安全装置２で用いる制御用トリガー信号としては使用しない。

ステップＳＴ６において、変化量Ｐが所定値Ｐ１に満たない場合には、受信した反射波が物体Ａからの反射波であると看做し、ステップＳＴ９において車両走行安全装置２で用いる制御用トリガー信号とする。

このような制御を実行することで、従来のようなアンテナ可変機構や複数のパターンデータを記憶しなくても、物体Ａからの反射波と物体Ｂからの反射波との識別を行えるため、簡易かつ安価な構成で、物体Ａの正確な位置を検知することができる。

一方、車両走行安全装置２では、図７に示すフローチャートに示すように、ステップＳＴ１１において、車速センサ１７、ハンドル角センサ１８、ヨーレイトセンサ１９からの検知情報とトリガー信号、ここでは車間距離情報を取り込み、ステップＳＴ１２においてセンサ情報から車両の状態を判断する。例えば、ステップＳＴ１２において車間距離が所定距離以下になり、ステップＳＴ１３においてその変化率Ｌが所定の変化率ΔＬを超えると、ＳＴ１４において前車の急制動と判断して制動系アクチュエータ２０、プリテナショナアクチュエータ２１，２２を作動して、強めの制動力を発生させると共にシートベルト６，７を巻き上げ、ステップＳＴ１５に進んで警告ランプ駆動回路を駆動して警告ランプ２１を点灯させる。一方、車間距離の変化率Ｌが所定の変化率ΔＬよりも低い場合には、通常の車間距離制御を実行すべく、制動系アクチュエータ２０を作動して車間距離が一定になるように減速制御を行う。

このように、車両走行安全装置２には、車両３の正面になる物体Ａの検知による制御トリガー信号が入力されるので、物体Ｂの検知による制御トリガー信号の入力がなくなるので、制動系アクチュエータ２０やプリテナショナアクチュエータ２１，２２の誤作動を防止して安定した制御を行える。

図８に示すように、路面Ｃからの距離が遠い場合は、アンテナ４は直接波のみを受信するため、受信強度は距離の４乗に反比例して減少する。これを図８では直接波として示す。ところが、路面Ｃからの距離が近い場合は、路面Ｃで反射された電波もアンテナ４で受信されるため、アンテナ４では直接波と路面反射波の加算された電波を受信することになります。直接波に対して路面反射波は、経路差分の位相ずれが発生しているため、電波の干渉によって、場所によって電波強度が強められたり弱められたりします。図９は、アンテナ４から送信した電波が物体Ａで反射して再びアンテナ４で受信する際の受信強度を、物体Ａとの距離に応じて計測した結果を示す。すなわち、干渉波の受信強度と距離の関係を示したグラフが図９の物体Ｃと示されている曲線となる。図９の距離―受信強度の関係は、距離に依存しない受信強度の変化（安定しているか変動しているか）を調べるために使用する。すなわち、受信強度を図９の特性を利用して正規化受信強度を求める。

そこで、このような場合には、コントローラ８は単位時間あたりの変化量Ｐが所定値Ｐ１以上になる回数(オーバー回数)Ｔが所定回数Т１以上の場合には、受信した反射波が物体Ａからの反射波でないと判断するようにした。

以下、図１０に示すフローチャートに沿って説明する。ステップＳＴ２１では車両３が走行中であるか否かを速度センサ１７から検知情報で判断し、走行中である場合にはステップＳＴ２２においてメインローブ照射方向にミリ波レーダーを所定間隔で照射し、ステップＳＴ２３において反射波を所定間隔で受信する。ステップＳＴ２４では、反射波から受信時間に対応する反射電力強度求め、ステップＳＴ２５において所定時間における反射電力強度の変化量Ｐを求める。ここでの変化量Ｐは、単位時間当たりの反射電力強度の最高値と最低値を図示しない記憶部に記憶し、その差から求める。

そして、ステップＳＴ２６において、変化量Ｐと所定値Ｐ１とを比較し、変化量Ｐが所定値Ｐ１以上の場合には、ステップＳＴ２７に進んでオーバー回数をカウントする。そして、ステップＳＴ２８において、所定値Ｐ１以上になる回数Ｔが所定回数Т１以上になると、受信した反射波が物体Ａからの反射波ではなく、路面Ｃからの反射波であると判断して、ステップＳＴ２９に進んでその信号は車両走行安全装置２で用いる制御用トリガー信号としては使用しない。

ステップＳＴ２６において、変化量Ｐが所定値Ｐ１に満たない場合には、受信した反射波が物体Ａからの反射波であると看做し、ステップＳＴ３１において車両走行安全装置２で用いる制御用トリガー信号とする。

このような制御を実行することで、反射面の凹凸が激しく、反射波の受信感度の変化量の頻度が多い物体となる路面Ｃからの反射波と物体Ａからの反射波との識別を行えるため、簡易かつ安価な構成で、物体の正確な位置を検知可能とする物体識別方法及び物体識別装置を提供することができる。

上記形態において、車両走行安全装置２では制動装置１３やシートベルトプリテンショナ２１，２２を制御するようにしたが、制御対象としては、エンジンの出力を制御するようにしても良い。

本発明の物体検知装置が装着された車両の概略構成を示す斜視図である。 本発明の物体検知装置と、車両走行安全装置の一形態を示すブロック図である。 アンテナの指向性の一例となるアンテナパターンの特性図である。 被検知対象物と対象外物からの反射波の特性を示す平面図である。 被検知対象物と対象外物からの反射波の特性を示す特性線図である。 物体識別装置の制御の一形態を示すフローチャートである。 車両走行安全装置の制御の一形態を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における被検知対象物と対象外物からの反射波の特性を示す側面図である。 第２の実施形態における被検知対象物と対象外物からの反射波の特性を示す特性線図である。 第２の実施形態による物体識別装置の制御の一形態を示すフローチャートである。

符号の説明

４ アンテナ
５，８ 制御手段
１０ メインローブ
１１Ａ、１１Ｂ サイドローブ
Ａ 被検知対象物
Ｐ 変化量
Ｐ１ 所定値
Ｔ 所定値以上の回数
Ｔ１ 所定回数

Claims (4)

1. アンテナのメインローブ照射方向にビームを照射し、照射方向においてサイドローブで得られる反射波から照射方向の反射電力強度を求め、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断する物体識別方法。
2. 請求項１記載の物体識別方法において、
   単位時間あたりの変化量が所定値以上になる回数が所定回数以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断する物体識別方法。
3. メインローブ照射方向にビームを照射すると共に、メインローブとサイドローブで被検知対象物からの反射波を受信するアンテナと、
   前記アンテナのサイドローブで受信した反射波の反射電力強度を求めるとともに、求めた反射電力強度の単位時間あたりの変化量が所定値以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断する制御手段とを有すること物体識別装置。
4. 請求項３記載の物体識別装置において、
   前記制御手段は、単位時間あたりの変化量が所定値以上になる回数が所定回数以上の場合には、受信した反射波が被検知対象物からの反射波でないと判断することを特徴とする物体識別装置。

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