JP2011220860A - 障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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、車両の周辺に検出波を照射し、当該車両の周辺に存在する障害物から反射された反射波に基づいて当該障害物までの距離を検出する距離検出手段と時刻ｔ１において距離検出手段から取得した障害物までの距離を第１の距離とし、時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２おいて距離検出手段から取得した障害物までの距離を第２の距離として、当該第１の距離および当該第２の距離の差分値に基づいて当該障害物の存在方向を算出する方向算出手段とを備える障害物検出装置である。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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に開示される車両周囲監視システムは、パルス波を送信し、当該パルス波が障害物に反射して成るエコー反射波を、車両の異なる位置に配置された複数のセンサによって受信する。そして、当該車両周囲監視システムは、各センサで受信したエコーの受信時間差に基づいて、当該障害物の存在方向を算出する。

特開２００４−３１７３６０号公報

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センサ（アンテナ素子）を車両に複数個搭載する必要があっため、当該装置（システム）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、複数のセンサやアンテナ素子を車両に搭載するために、装置が大型化したり、当該装置を搭載する車両の総重量が重くなったりする等の問題があった。

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。

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、車両の周辺に検出波を照射し、当該車両の周辺に存在する障害物から反射された反射波に基づいて当該障害物までの距離を検出する距離検出手段と時刻ｔ１において距離検出手段から取得した障害物までの距離を第１の距離とし、時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２おいて距離検出手段から取得した障害物までの距離を第２の距離として、当該第１の距離および当該第２の距離の差分値に基づいて当該障害物の存在方向を算出する方向算出手段とを備える障害物検出装置である。

第２の発明は、第１の発明において、時刻ｔ１の時点から時刻ｔ２までの間の車両の移動距離を算出する移動距離算出手段をさらに備え、方向算出手段は、第１距離および第２距離の差分値と、移動距離とに基づいて障害物の存在方向を算出することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、車両が予め定められた移動距離を移動したか否か判定する移動判定手段をさらに備え、第２距離検出手段は、時刻ｔ１の時点から車両が予め定められた移動距離だけ移動した時点を時刻ｔ２として、当該時点における車両から障害物までの第２距離を検出し、方向算出手段は、第１距離および第２距離の差分値と、移動距離とに基づいて障害物の存在方向を算出することを特徴とする。

第４の発明は、第２乃至３の何れか１つの発明において、方向算出手段は、第１距離および第２距離の差分値をΔＬ、移動距離をｄとした場合、下記式（ａ）に基づいて障害物の存在方向θを算出することを特徴とする。
θ＝sin^-1(ΔＬ／ｄ)…（ａ）

第５の発明は、第１乃至４の何れか１つの発明において、距離検出手段は、パルス方式のシングルビーム型レーダー装置であることを特徴とする。

第１の発明によれば、距離検出手段として、例えば、障害物までの距離情報のみを検出可能な単一のレーダー装置を用いて、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、アレーアンテナ等を搭載する高価なレーダー装置を用いる必要がない。また、レーダー装置を複数個、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、第１の発明によれば、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。

第２の発明によれば、比較的少ないパラメータで障害物の存在方向を算出することができる。また、所定時間が経過する毎に障害物の位置を検出することができる。

第３の発明によれば、比較的少ないパラメータで障害物の存在方向を算出することができる。また、車両が所定の移動距離を移動する毎に障害物の位置を検出することができる。

第４の発明によれば、簡単な演算処理で、すなわち比較的少ない処理量で障害物の存在方向を算出することができる。

第５の発明によれば、安価且つ簡単な構成のレーダー装置を用いて本発明に係る障害物検出装置を構成することができる。また、パルス方式のレーダー装置を用いることによって、周波数変調方式のレーダー装置を用いた場合に比べ、比較的高い精度で障害物までの距離を検出することが可能であるため、最終的に算出される障害物の存在方向も高い精度で算出することができる。

障害物検出装置１の構成を示すブロック図の一例 ＥＣＵ２０が実行する処理の詳細を示すフローチャートの一例 障害物検出装置１が障害物を検出する様子を示す図 図３に示すアンテナ素子１１の近傍の拡大図

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、自車両１００に搭載され、当該自車両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、自車両１００は、車速センサ３０および駐車支援装置４０を備える。車速センサ３０および駐車支援装置４０は、各々ＥＣＵ２０と電気的に接続される。

レーダー装置１０は、自車両１００の周囲の障害物までの距離を検出する装置である。レーダー装置１０は、例えば、電磁波や、超音波等の検出波信号を送受信するアンテナ素子１１を少なくとも１つ備える。そして、レーダー装置１０は、自車両１００の周囲に照射した検出波信号の反射波情報に基づいて自車両１００から障害物までの距離を検出する。以下、レーダー装置１０が、現時点において検出した障害物までの距離を検出距離Ｌ（ｎ）と呼称する。なお、検出距離Ｌ（ｎ）の添え字のｎは、現在時刻を表し、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。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。レーダー装置１０は、ＥＣＵ２０と電気的に接続され、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、自車両１００の前側方に搭載され、自車両１００の側方に存在する障害物を検出するものとする。

なお、レーダー装置１０は、典型的には、パルス方式のシングルビーム型レーダー装置である。さらに言えば、レーダー装置１０は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）パルス方式のレーダー装置であることが好ましい。また、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、自車両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自車両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、電磁波信号や、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。

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（ｎ）と呼称する。なお、検出方向θ（ｎ）の添え字のｎは、前述の検出距離Ｌ（ｎ）と同様に現在時刻を表す。ＥＣＵ２０は、検出距離Ｌ（ｎ）および検出方向θ（ｎ）を示すデータを駐車支援装置４０へ出力する。

車速センサ３０は、自車両１００の走行速度Ｖを検出するセンサ装置である。車速センサ３０は、検出した走行速度Ｖ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走行速度Ｖを検出して良い。

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。

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、自車両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。

ステップＳ１において、ＥＣＵ２０は、現時点の障害物までの検出距離Ｌ（ｎ）を取得する。具体的には、ＥＣＵ２０は、レーダー装置１０から検出距離Ｌ（ｎ）を示すデータを取得し、現在の時刻と当該データを対応付けて記憶装置に記憶する。なお、詳細は後述するが、ＥＣＵ２０は、サンプリング時間τが経過する毎に本ステップＳ１の処理を実行し、検出距離Ｌ（ｎ）を取得する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ１の処理を完了すると、処理をステップＳ２へ進める。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２０は、自車両１００の移動距離ｄを算出する。具体的には、ＥＣＵ２０は、前回検出距離Ｌ（ｎ−１）を取得した時点（以下、時刻Ｔ（ｎ−１）とする）から、現時点（以下、時刻Ｔ（ｎ）とする）までの間に自車両１００が移動した移動距離ｄを算出する。ＥＣＵ２０は、例えば、車速センサ３０から走行速度Ｖを取得し下記式（１）に基づいて移動距離ｄを算出する。
ｄ＝Ｖ×τ …（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、走行速度Ｖが時間的に変化している場合には、ＥＣＵ２０は、走行速度Ｖを時間積分して移動距離ｄを算出しても構わない。また、自車両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。ステップＳ２の処理を完了すると、ＥＣＵ２０は、処理をステップＳ３へ進める。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２０は、前回の検出距離Ｌ（ｎ−１）および現時点の検出距離Ｌ（ｎ）に基づいて検出物方向θを算出する。具体的には、先ず、ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶した前回の検出距離Ｌ（ｎ−１）、および検出距離Ｌ（ｎ）の差分値ΔＬを下記式（２）に基づいて算出する。
ΔＬ＝Ｌ（ｎ−１）−Ｌ（ｎ） …（２）

次いで、ＥＣＵ２０は、差分値ΔＬに基づいて検出方向θ（ｎ）を算出する。以下、具体的に、図３および図４に示すように自車両１００が、他車両２００を障害物として検出する場合を例に説明する。なお、図３は、障害物検出装置１が障害物を検出する様子を示す図である。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。図３に示すように、ＥＣＵ２０は、過去時点Ｔ（ｎ−１）において検出距離Ｌ（ｎ−１）を検出した後、現時点Ｔ（ｎ）において検出距離Ｌ（ｎ）を検出する。この際、過去時点Ｔ（ｎ−１）から現時点Ｔ（ｎ）の間に自車両１００が移動距離ｄだけ移動していることから、図４に示すように検出波信号を送受信するアンテナ素子１１も同様に移動距離ｄだけ移動している。ここで、検出距離Ｌ（ｎ−１）および検出距離Ｌ（ｎ）に対して、移動距離ｄは充分に小さいため、検出距離Ｌ（ｎ−１）を検出する際に送受信された検出波信号の伝搬経路と、検出距離Ｌ（ｎ）を検出する際に送受信された検出波信号の伝搬経路は、互いに略並行であると見なすことができる。したがって、検出方向θ（ｎ−１）および検出方向θ（ｎ）が略同値であるものとすると、検出方向θ（ｎ）は、検出距離の差分値ΔＬおよび移動距離ｄを用いて下記式（３）によって表すことができる。
sinθ（ｎ-1）≒sinθ（ｎ）＝ΔＬ／ｄ …（３）
そして上式（３）を変形すると下式（４）として表すことができる。したがって、ＥＣＵ２０は、差分値ΔＬ、移動距離ｄおよび下記式（４）に基づいて検出方向θ（ｎ）を算出する。
θ＝sin^-1(ΔＬ／ｄ) …（４）
なお、検出方向θ（ｎ）は、障害物と自車両１００とを結ぶ軸線と、自車両１００の左右方向を示す軸線とが成す水平面上において成す角度により表される。ＥＣＵ２０は、検出方向θ（ｎ）を算出すると、検出方向θ（ｎ）および検出距離Ｌ（ｎ）を示すデータを駐車支援装置４０へ送信する。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。

上記ステップＳ３の処理によれば、ＥＣＵ２０は、異なる時点に異なる地点で検出した障害物までの距離に基づいて、実質的に複数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。この際、ＥＣＵ２０は、合成開口レーダーのように複雑な処理を行うことなく、簡単な処理で検出方向θ（ｎ）を算出することができる。より詳細には、位相や周波数情報を用いた一般的な合成開口レーダーでは、アンテナ間隔をレーダー装置が照射する検出波信号の波長以下とする必要がある。一方、本発明に係るＥＣＵ２０は、障害物までの検出距離Ｌ（ｎ）を用いて検出方向θ（ｎ）を算出するため、移動距離ｄについて検出波信号の波長等の制約を受けることなく検出方向θ（ｎ）を算出することができる。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２０は、サンプリング時間τが経過したか否か判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳ３の処理を完了した時点からの経過時間Δｔを計測する。そして、ＥＣＵ２０は、経過時間Δｔがサンプリング時間τ以上となったか否かを判定する。ＥＣＵ２０は、経過時間Δｔがサンプリング時間τ以上となった場合、サンプリング時間τが経過したと判定し、処理をステップＳ５へ進める。一方、ＥＣＵ２０は、経過時間Δｔがサンプリング時間τ未満である場合、サンプリング時間τが未だ経過していないと判定し、ステップＳ４の処理を繰り返し、サンプリング時間τが経過するまで待機する。

ステップＳ５において、ＥＣＵ２０は、自車両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、自車両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、自車両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。

上述のＥＣＵ２０の処理によれば、サンプリング時間τが経過する毎に検出距離Ｌ（ｎ）の取得、および検出方向θ（ｎ）の算出が行われる。

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。具体的には、本発明に係る障害物検出装置１は、障害物までの距離情報のみを検出可能な単一のレーダー装置１０により構成することが可能である。したがって、障害物の存在方向を検出するために、アレーアンテナ等を搭載する高価なレーダー装置を用いる必要がない。また、レーダー装置を複数個、自車両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、少ないハードウェアで従来の装置と同様の機能を実現可能であるため、従来装置に比べ自車両１００の重量を軽減する効果も得ることができる。

なお、上記実施形態では、サンプリング時間τが経過する毎にＥＣＵ２０が検出距離Ｌ（ｎ）の取得、および検出方向θ（ｎ）の算出を行う例について説明したが、ＥＣＵ２０は、自車両１００が所定の距離間隔ｄｔｈだけ移動する毎に検出距離Ｌ（ｎ）の取得、および検出方向θ（ｎ）の算出を行っても構わない。このような処理を行う場合、例えば、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４において、ステップＳ３の処理を完了した時点からの経過時間Δｔと走行速度Ｖに基づいて移動距離ｄを算出し、移動距離ｄが距離間隔ｄｔｈ以上となるまで待機する。そして、ＥＣＵ２０は、移動距離ｄが距離間隔ｄｔｈ以上となった時点において、上述ステップＳ１およびステップＳ３の処理を実行する。

また、上記実施形態では、障害物検出装置１が車両に搭載される例について説明したが、障害物検出装置１は他の任意の移動体に搭載するよう適用しても構わない。例えば、障害物検出装置１は、航空機や、船舶、建設用機材、搬送用機材等の移動体に搭載しても構わない。

また、上記実施形態では、障害物検出装置１が水平方向に移動する車両に搭載され、障害物の水平方向の位置を検出する例について説明したが、本発明に係る障害物検出装置１は、垂直方向へ移動する移動体に搭載し、障害物の垂直方向の位置を検出するよう適用しても構わない。

また、上記実施形態では、障害物までの距離のみを検出可能なレーダー装置をレーダー装置１０として用いる場合を例に説明したが、障害物までの距離および障害物の垂直方向の存在方向を検出可能なレーダー装置をレーダー装置１０として用いても構わない。このようなレーダー装置によって本発明に係る障害物検出装置を構成した場合、垂直方向および水平方向の各々について障害物の存在方向を検出することができるため、障害物の３次元的な位置情報を検出することが可能である。

本発明に係る障害物検出装置は、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などとして有用である。

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 駐車支援装置
１００ 自車両
２００ 他車両

Claims (6)

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、
   前記車両の周辺に検出波を照射し、当該車両の周辺に存在する障害物から反射された反射波に基づいて当該障害物までの距離を検出する距離検出手段と
   時刻ｔ１において前記距離検出手段から取得した前記障害物までの距離を第１の距離とし、時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２おいて前記距離検出手段から取得した前記障害物までの距離を第２の距離として、当該第１の距離および当該第２の距離の差分値に基づいて当該障害物の存在方向を算出する方向算出手段とを備える、障害物検出装置。
2. 前記時刻ｔ１の時点から時刻ｔ２までの間の前記車両の移動距離を算出する移動距離算出手段をさらに備え、
   前記方向算出手段は、前記第１距離および前記第２距離の差分値と、前記移動距離とに基づいて前記障害物の存在方向を算出することを特徴とする、請求項１に記載の障害物検出装置。
3. 前記車両が予め定められた移動距離を移動したか否か判定する移動判定手段をさらに備え、
   前記第２距離検出手段は、時刻ｔ１の時点から前記車両が予め定められた移動距離だけ移動した時点を時刻ｔ２として、当該時点における前記車両から前記障害物までの第２距離を検出し、
   前記方向算出手段は、前記第１距離および前記第２距離の差分値と、前記移動距離とに基づいて前記障害物の存在方向を算出することを特徴とする、請求項１に記載のレーダー装置。
4. 前記方向算出手段は、前記第１距離および前記第２距離の差分値をΔＬ、前記移動距離をｄとした場合、下記式（ａ）に基づいて前記障害物の存在方向θを算出することを特徴とする、請求項２乃至３の何れか１つに記載の障害物検出装置。
   θ＝sin^-1(ΔＬ／ｄ) …（ａ）
5. 前記距離検出手段は、パルス方式のシングルビーム型レーダー装置であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１つに記載の障害物検出装置。
6. 前記検出波は、音波または電磁波であることを特徴とする、請求項１に記載の障害物検出装置。

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