JP4274028B2 - 車両用レーダ装置 - Google Patents

Description

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。

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。

上述した車両用レーダ装置では、例えば、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。
特開２００２−４０１３９号公報

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。

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。

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。

このため、本出願人は、このような課題を解決可能な車両用レーダ装置について発明し、特許出願を行なった（特願２００２−３４６２８２号公報）。この出願済みの車両用レーダ装置は、車幅方向の所定角度範囲内に渡り複数のレーザ光を照射する。そして、これら複数のレーザ光の照射に対応して生じた、先行車両等の反射物体からの反射光による受光信号成分を含む受光信号に関して、隣接して照射された複数本のレーザ光に対応する複数の受光信号を積算する。

これにより、反射物体からの反射光強度が低下している場合であっても、複数の受光信号を加算することによって、その反射光による受光信号成分が増幅される。このため、先行車両等の反射物体の検知可能距離を伸ばしたり、反射物体からの反射光強度が低下している場合であっても、その検知可能距離の低下を防止したりすることができる。

さらに、複数の受光信号を積算する際に、その積算対象となる受光信号の範囲を１つずつずらすようにしている。このため、車両用レーダ装置の検出角度分解能の低下も抑制することができる。

上述した出願済みの積算型の車両用レーダ装置の動作について、図７を用いて簡単に説明する。なお、図７では、車両の車幅方向において、３２７本のレーザ光が照射され、積算される受光信号の数を４とした例が示されている。

図７に示すように、受光信号の積算数が４の場合、隣り合った４本のレーザ光に対応する受光信号の積算が行なわれることになる。そして、この受光信号の積算範囲は、受光信号を１個分づつずらしながら、すべての受光信号を網羅するように移動される。すなわち、図７に示す例では、まず、スキャン番号（ビーム番号）１〜４のレーザ光に対応する受光信号を積算範囲として指定し、次に、受光信号を１個分だけずらして、ビーム番号２〜５までの受信信号を積算範囲として指定する。以下、同様にして、隣接する４本のレーザ光に対応する受光信号をライン３２４まで順番に積算範囲として指定していく。

このようにして、順次、積算範囲が指定されるのと同期して、指定された範囲に属する受光信号を積算する積算処理が行なわれる。この積算処理では、図８に示すように、４個の受光信号について、Ａ／Ｄ変換器により同一のサンプリング時期においてサンプリングされ、デジタル値に変換されたＡ／Ｄ変換値を、それぞれのサンプリング時期ごとに、全て加算する処理が行なわれる。つまり、受光信号はアナログ信号であるため、Ａ／Ｄ変換を行ない、４本のレーザ光による受光信号の同じ受光時期にあたるＡ／Ｄ変換値同士を足しこむ処理を行なう。同じ受光時期のＡ／Ｄ変換値は、レーダ装置からみて同じ距離の反射物体から反射されてきた反射波の受光信号成分にあたり、それらのＡ／Ｄ変換値を足しこむことにより、その反射物体からの反射波を示す受光信号成分のＳ／Ｎ比を向上することができる。

ここで、上述した、それぞれのサンプリング時期ごとに、各受光信号のＡ／Ｄ変換値を加算する積算処理について検討する。Ａ／Ｄ変換値の加算は、図８に示すように、Ａ／Ｄ変換のサンプリング毎に実行されるため、例えば５０ＭＨｚのサンプリング周期の場合、５０ＭＨｚ（時間にすると２０ｎｓ）単位で４個のＡ／Ｄ変換値の加算処理を実行する必要がある。

なお、送信波としてレーザ光を用いた場合、レーダ装置がレーザ光を照射してから反射物体で反射して戻ってくるまでの全距離の半分がレーダ装置から反射物体までの距離となる。このため、５０ＭＨｚのＡ／Ｄ変換サンプリング周期（（２０ｎｓ間隔）の場合、レーザ光の速度が０．３(ｍ／ｎｓ)であるから、検出距離分解能は０．３(ｍ／ｎｓ)×２０(ｎｓ)／２＝３(ｍ)となる。前方の先行車両等を検出する際、３ｍ間隔の距離分解能はむしろ粗い距離間隔であり、より分解能を向上しようとすると、５０ＭＨｚ以上のサンプリング周期が必要となる。

そして、この加算処理が、受光信号のＡ／Ｄ変換サンプリング数だけ繰り返されて、１つの積算範囲における受光信号の積算処理が完了する。さらに、この積算範囲は多数あるので（図７の例では３２４）、積算処理を行なうための演算処理負荷は非常に大きいものとなる。

ここで、上述した構成の積算型のレーダ装置では、サンプリング周期が決定された場合、先行車両等の検知可能距離は基本的にＡ／Ｄ変換のサンプリング数で決定される。例えば、Ａ／Ｄ変換のサンプリング数がＮ個の場合、レーザ光の照射と同時にサンプリングを開始し、そのサンプリング周期が５０ＭＨｚのとき、３Ｎ（ｍ）の距離までの反射物体からの反射波を、受光信号によって検出可能となる。従って、例えば１５０ｍまでの範囲で先行車両を検出したいときには、１５０／３＝５０回にわたってサンプリングすることが必要となる。

サンプリング数は、各積算範囲における加算処理回数を決定するため、演算処理負荷に与える影響が大きい。しかし、演算処理負荷を低減するために、単純にサンプリング数を低減すると、検知可能距離が短くなり、レーダ装置の検出性能の低下を招く。車両用レーダ装置としては、車両が高速走行する場合には、１００ｍ以上離れた先行車両を検出することが必要となることもあるため、そのような検出性能の低下は回避しなければならない。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、検出性能の低下を防止しながら、積算処理の演算処理負荷を低減することが可能な積算型の車両用レーダ装置を提供することを目的とする。

上記した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では、
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アナログの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各々、所定のサンプリング間隔で一定回数サンプリングし、デジタルデータに変換する変換手段と、
変換手段において、送信波の照射時期を基準として、受信信号のサンプリングの開始時期の遅延時間を調節する調節手段と
変換手段によって変換された、各積算対象受信信号範囲に属する受信信号のデジタルデータに関して、サンプリングタイミングが同一のデジタルデータごとに積算する積算手段と、
積算手段によって積算された各サンプリングタイミングごとのデジタルデータの積算値に基づいて、反射物体を検出する検出手段とを備え、
一定回数のサンプリングは、反射物体を検出すべき検出距離全体をカバーするのに必要なサンプリング数よりも少ないものであって、
調節手段は、遅延時間を短く設定した際に反射物体が検出されないとき、その遅延時間を伸長させることを特徴とする。

上述したように、請求項１に記載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対応して出力される所定個数の受信信号を積算する。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、受信信号に含まれるノイズ成分は、基本的に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、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Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、反射物体が十分な反射強度を有していない場合であっても、その反射物体を検出することが可能になる。

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すると、そのときの車幅方向の検知分解能は、個々の受信信号による検知分解能を所定個数倍した分解能まで低下してしまう。そのため、請求項１のレーダ装置では、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ながら、受信信号の所定個数分よりも細かな分解能を保持することができる。

上述したように積算対象受信信号範囲を設定しつつ、各範囲に属する所定個数の受信信号を積算することで、反射物体の検出において、車幅方向の分解能の低下を抑制しつつ、反射物体の検出感度を向上することができる。

ただし、上述した積算処理においては、各積算対象受信信号範囲において、同一のサンプリングタイミングのデジタルデータごとに積算するため、サンプリング数が多くなるほど積算演算量が増加して、演算負荷が大きくなる。そのため、請求項１に記載のレーダ装置では、送信波の照射時期を基準として、受信信号のサンプリング開始時期の遅延時間を調節する調節手段を備える。これにより、サンプリング数を、反射物体を検出すべき検出距離全体カバーするのに必要なサンプリング数よりも少なくしても、適宜、その遅延時間を変更することにより、上述した検出距離全体に渡って反射物体を検出することが可能になる。従って、レーダ装置の検出性能の低下を回避しつつ、積算処理の演算処理負荷を低減することが可能になる。
そして、調節手段は、遅延時間を短く設定した際に反射物体が検出されないとき、その遅延時間を伸長させるようにすると、まずは近距離範囲を検出範囲として反射物体の検出を行ない、このとき反射物体が検出されなければ、その検出範囲が遠距離範囲に切り換えられることになる。これにより、車両用レーダ装置に最も近接した先行車両や障害物を確実に検出することができる。

この結果、例えば、サンプリング周期が極めて短いため、そのサンプリング周期ごとに行なわれるデジタルデータの積算を専用の積算器を用いて行ない、その積算器をサンプリング数だけ用意して、ハードウエアにて積算手段を構成する場合など、そのハードウエアの規模を小さくすることができる。従って、そのハードウエアにて構成される積算手段をＩＣ化することも容易になる。

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個分づつずらしながら、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、所定個数の受信信号を積算しながら、検知分解能の低下を最小限に抑制することができる。

ただし、遅延時間を伸長させたままであると、近距離範囲に割込んできた割込車両を検出できない可能性があるため、請求項３に記載のように、調節手段は、遅延時間の伸長及び短縮を周期的に繰り返し行なうことが好ましい。なお、遅延時間を短縮（ゼロを含む）したときに、反射物体が検出されれば、遅延時間の伸長は行なわれずに、近距離範囲の反射物体を検出し続ける。

請求項４に記載したように、車両が走行する道路の渋滞情報を取得する渋滞情報取得手段を備え、調節手段は、渋滞情報取得手段が自車両の走行する道路において渋滞が発生しているとの渋滞情報を取得した場合、遅延時間が短くなるように設定しても良い。渋滞が発生した場合には、レーダ装置（自車両）から近距離範囲内を先行車両が走行する可能性が高いためである。

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。本実施形態による車両用レーダ装置は、車両制御装置１に適用されており、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、所定距離以下の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。

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。

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。

レーザレーダセンサ５は、図２（ａ）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ＬＤ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からのモータ駆動信号がモータ駆動部７４に入力されると、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。

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、反射物の検知領域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。

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。レーザ光は、例えば、Ｘ軸方向に所定角度ごとずらしながら３２７点分照射され、このＸ軸方向の３２７点分の照射がＹ軸方向に６走査ライン分繰り返される。従って、第１走査ラインから第６走査ラインまで、各走査ラインごとに、複数のレーザ光が照射されることになる。

上述した検知領域１２１にレーザ光を照射することで、このレーザ光による反射光が受光された場合、レーザレーダＣＰＵ７０は、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とを算出して、認識・車間制御ＥＣＵ３へ出力する。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。

レーザレーダセンサ５の受光部には、図示しない反射物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信号（受光信号）を出力する受光素子（フォトダイオード）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、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を検出する検出回路８６に入力される。以下、検出回路８６の構成及び作動について説明する。

検出回路８６は、図２（ｂ）に示すように、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換ブロック８７を備えている。増幅器８５から出力されたアナログ信号である受光信号は、このＡ／Ｄ変換ブロック８７に入力され、所定周期でサンプリングされてデジタルデータに変換される。デジタルデータに変換された受光信号（Ａ／Ｄ変換値）は、並列積算処理ブロック８９に入力され、予め設定される積算対象受光信号範囲ごとに積算される。この並列積算処理ブロック８９における並列積算処理については後に詳細に説明する。

Ａ／Ｄ変換ブロック８７においてＡ／Ｄ変換される受光信号のサンプリング数は、レーザレーダセンサ５が先行車両等の反射物体を検出すべき距離（例えば１５０ｍ）全体をカバーするのに必要なサンプリング数よりも少なく設定している。すなわち、上述したように、５０ＭＨｚのサンプリング間隔でサンプリングしたアナログ値をＡ／Ｄ変換する場合、１５０ｍの距離をカバーするためには５０回のサンプリング数が必要となるが、Ａ／Ｄ変換ブロック８７におけるサンプリング数はそれよりも少ない回数に設定されている。このため、並列積算処理ブロック８９における演算処理負荷を低減することができる。

このように、反射物体を検出すべき距離に対応するサンプリング数よりも少ないサンプリング数を用いながら、検出距離の短縮等の検出性能の低下を防止するため、検出回路８６は、遅延ブロック８８を備えている。遅延ブロック８８は、レーザ光の発光時間、つまりＬＤ駆動信号を基準とし、レーザレーダＣＰＵ７０から遅延指示信号によって指示される遅延時間分だけ遅延させて、Ａ／Ｄ変換ブロック８７にサンプリング開始指令を与える。

すなわち、図４に示すように、遅延ブロック８８は、遅延指示信号に基づいて、ＬＤ駆動信号に対して遅延時間なしでサンプリング開始を指令したり、ＬＤ駆動信号の発生から所定時間だけ遅延した時点でサンプリング開始指令を発生したりする。このため、Ａ／Ｄ変換ブロック８６において、反射物体を検出すべき距離全体に対応するサンプリング数よりも少ないサンプリング数としながらも、適宜、レーザレーダＣＰＵ７０がサンプリング開始指令の発生時期を変更することにより、検出性能の低下を防止することができる。

サンプリング開始指令の発生時期は、例えば、初期的には遅延時間をゼロとすることにより（遅延なし）、自車両から近距離範囲に存在する先行車両等の反射物体を検出する。この近距離範囲において先行車両等の反射物体が検出されない場合には、自車両から遠方の遠距離範囲を検出範囲とするべく、レーザレーダＣＰＵ７０が遅延時間を伸長するように遅延時間を変更する（遅延あり）。この遅延時間の変更は、近距離範囲と遠距離範囲とで検出すべき距離全体がカバーできるのであれば、２段階の変更のみ行なえば良い。ただし、近距離範囲、中距離範囲、遠距離範囲や、一部重複した検出範囲を設定する等、遅延時間を３段階以上に変更しても良いことは言うまでもない。

なお、検出範囲を近距離範囲に設定した場合に、自車両の走行車線前方において先行車両等の反射物体が検出された場合には、遅延時間の伸長により検出範囲をより遠方に切り換えることを中止する。車両用レーダとしては、自車両に対して最も近接している先行車両や障害物等を検出することが求められるためである。

さらに、レーザレーダＣＰＵ７０は、近距離範囲において反射物体が検出されず、検出範囲を遠距離範囲等に切り換えた後、自車両の前方に隣接車線から他車両が割込んでくることを考慮し、再び、検出範囲を近距離範囲に切り換える。従って、レーザレーダセンサ５の検出範囲は、近距離範囲に反射物体が存在しない限り、近距離範囲と遠距離範囲等とに周期的に切り換えられることになる。

並列積算処理ブロック８９は、Ａ／Ｄ変換ブロック８７によってＡ／Ｄ変換された受光信号の中から、Ｘ軸方向（車幅方向）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選択して、この選択した受光信号を積算対象受光信号範囲として各受光信号の積算処理を実行する。すなわち、この並列積算処理ブロック８９は、図７及び図８を用いて説明したのとほぼ同様の手順で、積算対象受光信号範囲毎に受光信号の積算処理を実行する。

従って、個々の受光信号に含まれる反射物体からの受光信号成分が小さくて、ノイズ成分と区別することが困難な場合でも、上述した積算処理により受光信号成分を増幅することができるので、その反射物体を検出することが可能になる。さらに、受光信号を１個分ずつずらしながら、積算対象受光信号範囲を移動させることにより、車幅方向における検知分解能の低下を最小限に抑制することができる。なお、図７及び図８では、積算対象受光信号範囲を４としているが、その積算対象受光信号範囲に属する受光信号の数は、検知すべき対象物の大きさ、隣接するレーザ光間の角度、さらには最大検知距離に応じて任意の値に設定され得る。

ここで、並列積算処理ブロック８９について図５及び図６を用いて詳細に説明する。並列積算処理ブロック８９における積算処理は、後述するように、各スキャン番号の受光信号においてＡ／Ｄ変換処理がなされる毎に実行される。すなわち、その積算処理の周期は、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期と同じであり、例えば５０ＭＨｚのＡ／Ｄ変換サンプリング周期の場合、５０ＭＨｚ（時間にすると２０ｎｓ）単位で積算演算を実行する必要がある。この演算速度は非常に高速であり、またその演算量も多いため、現在においては、ＣＰＵを使ったソフトウェアによる処理にて対応することは困難である。このため、並列積算処理ブロック８９は、ディスクリートのハードウェアで構成するか、ＦＰＧＡか、またはＡＳＩＣのようなハードウェアで実現することが考えられる。

並列積算処理ブロック８９の具体的なハードウェアによる回路構成としては、Ａ／Ｄ変換ブロック８７における各受光信号でのサンプリング数がＮ個であるとすると、図５に示すように、Ａ／Ｄ変換のサンプリング数に対応してＮ個の積算器１〜Ｎを並列に配置することが考えられる。これら、Ｎ個の積算器１〜Ｎの積算出力は、ＯＲ回路９１によって統合されることにより、設定された検出範囲における全距離の積算結果が得られる。

各積算器１〜Ｎは、同様の回路構成を持ち、その回路構成の一例を図６に示す。図６に示すように、積算器Ｎは、全てのサンプリングポイントでのＡ／Ｄ変換値入力に対して、Ｎ番目のサンプリングのＡ／Ｄ変換値だけを抽出する抽出部１００を有する。この抽出部１００にて抽出されたＡ／Ｄ変換値は、ＦＩＦＯ（First In First Out）型のメモリ１０１に入力されて記憶されるとともに、積算回路１０２に入力される。

積算対象受光信号範囲が４に設定される場合、ＦＩＦＯ型のメモリ１０１には４個のＡ／Ｄ変換値が蓄積されるように、メモリ１０１が構成される。これにより、例えば、図５に示すようにビーム番号Ｉ+３の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値（Ｎ番目のサンプリングによるＡ／Ｄ変換値）が積算器Ｎに入力され、メモリ１０１に記憶されると、そのときメモリ１０１から、４つ前のビーム番号Ｉ−１の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値が出力される。このメモリ１０１から出力されたＡ／Ｄ変換値は、積算回路１０２の減算端子Ｂに入力され、保持している積算結果Ｓから減算される。一方、ビーム番号Ｉの受光信号におけるＡ／Ｄ変換値は、積算回路１０２の加算端子Ａに入力され、保持している積算結果Ｓに加算される。

従って、ビーム番号Ｉからビーム番号Ｉ＋３の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値が、順番に積算器Ｎに入力されることに伴なって、メモリ１０１よりビーム番号Ｉ−４からビーム番号Ｉ−１の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値が出力されて積算結果Ｓから減算される。この結果、ビーム番号Ｉ＋３の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値が入力された時点で、積算結果Ｓは、ビーム番号Ｉからビーム番号Ｉ+３の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値のみを加算した値を示すことになる。すなわち、積算対象受光信号範囲に属するビーム番号ＩからＩ+３の受光信号におけるＮ番目のサンプリングによるＡ／Ｄ変換値の積算値が、積算器Ｎより出力される。

また、図５には示していないが、ビーム番号Ｉ+４の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値が、積算器Ｎに入力されると、積算対象受光信号範囲に属する受光信号が１つずれて、積算器Ｎより、ビーム番号Ｉ+１からＩ+４の受光信号におけるＮ番目のサンプリングによるＡ／Ｄ変換値の積算値が出力されることになる。このように、各積算器１〜Ｎからは、積算対象受光信号範囲を受光信号の１個分ずつずらしつつ、各積算対象受光信号範囲に属する受光信号における各サンプリングタイミングのＡ／Ｄ変換値の積算値が出力される。

なお、積算器１〜Ｎにおいて、積算結果Ｓの初期値はゼロに設定されており、かつメモリ１０１の記憶値の初期値もすべてゼロに設定されている。このため、積算器１〜Ｎは、ビーム番号１〜４の受光信号におけるＡ／Ｄ変換値の積算を含め、各積算対象受光信号範囲ごとに積算値を出力することができる。

上述したように、積算器１〜Ｎは、ＦＩＦＯ型のメモリ１０１を有し、常に、同じサンプリングタイミングにおける過去４個分の受光信号のＡ／Ｄ変換値を記憶している。このため、積算器１〜Ｎは、各サンプリングタイミングごとに、サンプリング数分だけ並列に設ける必要がある。

本実施形態では、遅延ブロック８８を設け、Ａ／Ｄ変換ブロック８７におけるサンプリング数を、レーザレーダセンサ５が検出すべき距離に対応するサンプリング数よりも少なくすることを可能にした。このため、積算器１〜Ｎをサンプリング数分だけ並列に設ける場合であっても、そのハードウェアのサイズ（回路規模）が大きくなることを抑制できる。このため、並列積算処理ブロック８９を含めて、ハードウェア回路をＩＣ化しようとする場合に、そのＩＣ化が容易に行ない得るとの利点がある。

ただし、並列積算処理ブロック８９の演算処理を実現するには、ハードウェア回路ばかりでなく、処理能力があれば、ＣＰＵによるソフトウェア処理を用いても良い。この場合、本実施形態によって、積算処理の演算処理負荷が軽減できるので、演算時間の短縮、メモリの低容量化等のメリットが得られる。

並列積算処理ブロック８９におけるＯＲ回路９１は、上述したように、Ｎ個の積算器１〜Ｎの積算出力を統合する。ここで、それぞれの積算器１〜Ｎの積算結果は、図５に示すように、サンプリング間隔だけ異なる時間に出力される。このため、それぞれの積算器１〜Ｎの出力を、自分自身が算出する距離に相当するサンプリング時間以外の時間においてはゼロにしておくことにより、全積算器１〜Ｎの出力に対しＯＲをとって１つの出力に統合することができる。つまり、あるサンプリング時間ではその時間(距離)に対応した積算器の積算結果だけが出力され、他の積算器の出力がゼロであるため、全積算器出力のＯＲを取った出力には、他の積算器からの積算結果が混入することはない。

並列積算処理ブロック８９のＯＲ回路９１から出力される積算対象受光信号範囲ごとの積算結果は、図２（ｂ）に示すように、時間計測ブロック９０に入力される。時間計測ブロック９０は、いずれも図示しないが、入力された積算結果と基準値とを比較するコンパレータと、このコンパレータの出力に基づいて、反射物体までの距離に対応する時間差を算出する時間差算出回路とを備えている。コンパレータは、積算結果が基準値よりも大きくなっているときに、検出信号を時間差算出回路へ出力する。時間差算出回路は、コンパレータからの検出信号に基づいて、積算結果が基準値を超えた立上がり時刻と基準値よりも低下した立下り時刻とを検出する。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刻を推定する。

このようにして、ピーク値発生時刻を推定した後、時間差算出回路は、レーザ光を発光した時刻とピーク値発生時刻との時間差を求める。レーザ光発光時刻とピーク値発生時刻との時間差は、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。

レーザレーダＣＰＵ７０は、時間計測ブロック９０から入力された時間差から反射物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。

なお、積算信号に基づいて反射物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。

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先行車両やまたは停止している停車車両等が該当する。

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。

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か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。

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。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何等制限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。

（１）上述した実施形態においては、反射物体の検知範囲が、例えば近距離範囲と遠距離範囲とに周期的に切り換えられるように、遅延時間の変更を行なう場合について説明した。しかしながら、その他の条件で遅延時間の変更を行うようにしても良い。

例えば、渋滞が発生した場合には、自車両から近距離範囲に先行車両が存在することが多い。このため、ナビゲーション装置等から自車両が走行する道路に関する交通情報を取得し、この交通情報から渋滞していると判定される場合には、遅延時間をゼロもしくは短く設定するようにしても良い。

また、例えば、手動で遅延時間を連続的あるいは段階的に変更できるスイッチを設け、運転者が任意にレーダ装置における検出範囲を切り換えられるようにしても良い。

（２）上記実施形態では、受光信号を１個分ずつずらしながら、積算対象受光信号範囲を移動させた。しかしながら、積算対象受光信号範囲に属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、積算対象受光信号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、それぞれ積算した場合に比較して、積算処理時の検知分解能を向上することができる。

（３）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。

（４）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。

本発明によるレーダ装置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。 （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検出回路の構成を示す回路構成図である。 レーザレーダセンサの照射領域を示す斜視図である。 検出回路の遅延ブロックによる、Ａ／Ｄ変換のサンプリング開始指示に遅延時間を設ける処理について説明するための説明図である。 並列積算処理ブロックの構成を説明するための説明図である。 積算器の構成を示す構成図である。 積算受光信号範囲を４とした場合の積算対象となる受信信号の範囲を模式的に示した説明図である。 複数の受光信号を積算する処理を説明するための説明図である。

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…検出回路、８７…Ａ／Ｄ変換ブロック、８８…遅延ブロック、８９…並列積算処理ブロック、９０…時間計測ブロック

Claims (4)

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アナログの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各々、所定のサンプリング間隔で一定回数サンプリングし、デジタルデータに変換する変換手段と、
   前記変換手段において、前記送信波の照射時期を基準として、前記受信信号のサンプリング開始時期の遅延時間を調節する調節手段と
   前記変換手段によって変換された、各積算対象受信信号範囲に属する受信信号のデジタルデータに関して、サンプリングタイミングが同一のデジタルデータごとに積算する積算手段と、
   前記積算手段によって積算された各サンプリングタイミングごとのデジタルデータの積算値に基づいて、反射物体を検出する検出手段とを備え、
   前記一定回数のサンプリングは、前記反射物体を検出すべき検出距離全体をカバーするのに必要なサンプリング数よりも少ないものであって、
   前記調節手段は、前記遅延時間を短く設定した際に前記反射物体が検出されないとき、その遅延時間を伸長させることを特徴とする車両用レーダ装置。
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。
3. 前記調節手段は、前記遅延時間の伸長及び短縮を周期的に繰り返し行なうことを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。
4. 車両が走行する道路の渋滞情報を取得する渋滞情報取得手段を備え、
   前記調節手段は、前記渋滞情報取得手段が前記車両の走行する道路において渋滞が発生しているとの渋滞情報を取得した場合、前記送信波の照射時期に対する前記受信信号のサンプリング開始時期の遅延時間が短くなるように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。

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