JP6060716B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置に関する。

従来、レーダ装置の仰角方向の角度を変更する技術が公知である。例えば特許文献１では、モータによりボルトを回転させ、ヒンジを中心としてアンテナおよびレドームの仰角を調整している。

特開２００８−２０３１４７号公報

ところで、モータは消費電力が大きいため、消費電力を抑えるべく、レーダ装置の角度調整時にはモータに通電するが、角度調整時以外は通電せず無励磁状態とすることがある。角度調整時以外はモータに通電しない場合、無励磁状態にて調整されたレーダ装置の角度を保持できるように設計する必要があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力を抑え、垂直軸方向の角度を調整するモータに常時通電可能なレーダ装置を提供することにある。

本発明のレーダ装置は、アンテナモジュールと、モータと、ＤＣＤＣコンバータと、スイッチ部と、を備える。アンテナモジュールは、電波を放射する送信部、送信部から放射され計測対象物にて反射された電波を受信する受信部、および、受信部が受信した電波に係る情報に基づき、計測対象物の位置を検出する制御部を有する。モータは、制御部により制御され、送信部および受信部が形成される電波面の垂直軸方向の角度を調整する。ＤＣＤＣコンバータは、電力供給源とアンテナモジュールとの間に接続される。スイッチ部は、制御部により制御され、モータがＤＣＤＣコンバータを経由して電力供給源と接続される状態と、ＤＣＤＣコンバータを経由せずに電力供給源と接続される状態とを切り替える。

本発明では、モータは、ＤＣＤＣコンバータを経由して電力供給源と接続可能に構成される。これにより、モータには、ＤＣＤＣコンバータによる変圧後の変換後電圧を印加可能である。
制御部は、電波面の垂直軸方向の角度を調整する垂直軸調整時には、モータがＤＣＤＣコンバータを経由せずに電力供給源と接続される状態にスイッチ部を制御する。また、制御部は、電波面の垂直軸方向の角度を保持する励磁保持時には、モータがＤＣＤＣコンバータを経由して電力供給源と接続される状態にスイッチ部を制御する。制御部は、車両が傾斜した場合、車両の水平検知結果に基づき、アンテナモジュールの垂直軸方向の角度を再調整する。
例えば、ＤＣＤＣコンバータが電力供給源の電圧を降圧する場合、モータにＤＣＤＣコンバータの下流側から電力を供給することにより、ＤＣＤＣコンバータの上流側から電力を供給する場合と比較し、消費電力を抑えることができる。これにより、電力増加を抑えた状態にてモータへの常時通電が可能となる。

本発明の一実施形態のレーダ装置の模式的な分解斜視図である。 本発明の一実施形態のレーダ装置の回路構成を示す図である。 本発明の一実施形態の高周波回路部の詳細を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態のレーダ装置の模式的な側面図である。 本発明の一実施形態における垂直軸方向の角度調整を説明する模式図である。 本発明の一実施形態における垂直軸方向の角度調整を説明する模式図である。 本発明の一実施形態における垂直軸方向の角度設定を説明する説明図である。 本発明の一実施形態における水平方向の角度調整を説明する図である。

以下、本発明によるレーダ装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１〜図４に示すように、本発明の一実施形態によるレーダ装置１は、レドーム１０、ロアケース１５、コネクタ１９、電源回路部２０、アンテナモジュール３０、および、モータ６０等を備える。本実施形態のレーダ装置１は、ミリ波レーダであり、車両Ｃ（図８参照）に搭載され、計測対象物との距離を検出するものである。

レドーム（アッパーケース）１０およびロアケース１５は、レーダ装置１の外郭を構成するケース部材であり、樹脂等により形成される。レドーム１０およびロアケース１５にて形成される内部空間には、電源回路部２０、アンテナモジュール３０、および、モータ６０等が収容される。本実施形態では、レドーム１０側が車両前方を向くように車両Ｃに搭載される。

コネクタ１９は、ロアケース１５側に設けられ、電源回路部２０と電気的に接続する。また、コネクタ１９は、図示しないハーネス等を経由し、電力供給源としてのイグニッション電源（以下、「ＩＧ電源」という。）７０と接続する。これにより、コネクタ１９を経由し、ＩＧ電源７０から電源回路部２０等に電力が供給される。

電源回路部２０は、電源回路基板２１、および、電源回路基板２１に実装される各種電子部品を有する。本実施形態では、電源回路基板２１には、図２および図３に示すＤＣＤＣコンバータ２２、ＣＡＮトランシーバ２４、モータドライバ２６、および、スイッチ部２７等が実装される。

ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＩＧ電源７０から供給されるＩＧ電圧Ｖｉｇ（例えば１２Ｖ）を所定の変換後電圧Ｖｃｏｎ（例えば３．３Ｖ等）に変換する。ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＩＧ電源７０とアンテナモジュール３０との間に接続される。これにより、ＤＣＤＣコンバータ２２により変換された変換後電圧Ｖｃｏｎがアンテナモジュール３０側へ供給される。図３中には１つの変換後電圧Ｖｃｏｎが示されているが、変換後Ｖｃｏｎは、複数の値を取り得る。以下適宜、ＤＣＤＣコンバータ２２のＩＧ電源７０側を「上流側」とし、ＤＣＤＣコンバータ２２のＩＧ電源７０の反対側を「下流側」という。

ＣＡＮトランシーバ２４は、図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）との各種情報の授受に用いられる。
モータドライバ２６は、モータ６０を駆動するための駆動回路であり、モータ６０と接続する。モータ６０には、モータドライバ２６を経由して電力が供給される。

スイッチ部２７は、制御部５１にて制御され、モータドライバ２６を経由し、モータ６０がＩＧ電源７０とＤＣＤＣコンバータ２２との間に接続される状態と、ＤＣＤＣコンバータ２２とアンテナモジュール３０との間に接続される状態とを切り替える。スイッチ部２７がＩＧ電源７０とＤＣＤＣコンバータ２２との間に接続するとき、すなわちＤＣＤＣコンバータ２２よりも上流側に接続するとき、モータ６０側には、ＤＣＤＣコンバータ２２による変圧前のＩＧ電圧Ｖｉｇが印加される。一方、スイッチ部２７がＤＣＤＣコンバータ２２とアンテナモジュール３０との間に接続するとき、すなわちＤＣＤＣコンバータ２２の下流側に接続するとき、モータ６０側には、ＤＣＤＣコンバータ２２による変圧後の変換後電圧Ｖｃｏｎが印加される。

アンテナモジュール３０は、スペーサ３１、および、高周波回路部４０を有する。
スペーサ３１は、樹脂等により形成され、ロアケース１５に回転可能に支持される。また、スペーサ３１は、ロアケース１５側の面にてモータ６０の軸部６２と当接し、ねじりコイルばね３５の付勢力により、軸部６２の長さに応じた所定の角度で垂直軸方向に傾斜した状態にて、ロアケース１５に保持される。

高周波回路部４０は、高周波回路基板４１、および、高周波回路基板４１に実装される各種電子部品を有する。高周波回路基板４１は、スペーサ３１のレドーム１０側に設けられる。電源回路基板２１と高周波回路基板４１とは、フレキシブルワイヤ２９にて電気的に接続される。これにより、高周波回路部４０には、フレキシブルワイヤ２９を経由して電源回路部２０から電力が供給される。本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ２２による変圧後の変換後電圧Ｖｃｏｎが高周波回路部４０に印加される。

高周波回路基板４１は、レドーム１０側の面であるアンテナ面４５、および、スペーサ３１側の面である回路面５０を有する。本実施形態では、アンテナ面４５が「電波面」に対応する。
図３に示すように、アンテナ面４５には、送信部としての送信アンテナ４６および受信部としての受信アンテナ４７が形成される。送信アンテナ４６は、ミリ波の電波を外部に放射する。受信アンテナ４７は、送信アンテナ４６から放射され、外部にある物体（計測対象物）にて反射された電波を受信する。

回路面５０には、制御部５１、ＥＥＰＲＯＭ５２、ＡＳＩＣ５３、高周波デバイス５４、増幅部５５、マルチプレクサ５６、および、ＡＤ変換部５７等が実装される。
制御部５１は、通常のマイクロコンピュータにより構成され、内部には図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらを接続するバスライン等を有し、ＥＥＰＲＯＭ５２に記憶されるプログラムに基づき、各種演算処理を行う。

本実施形態では、制御部５１は、ＡＳＩＣ５３および高周波デバイス５４を介し、送信アンテナ４６からの電波送信を制御する。また、制御部５１は、受信アンテナ４７により受信した電波に係る情報を、高周波デバイス５４、増幅部５５、マルチプレクサ５６、および、ＡＤ変換部５７を介して取得し、取得した情報に基づき、計測対象物との距離を演算する。本実施形態における受信した電波に係る情報は、受信した電波に応じた受信電力である。また、計測対象物との距離が、「計測対象物の位置」に対応する。
また、制御部５１は、モータドライバ２６を介し、モータ６０の駆動を制御する。
さらにまた、制御部５１は、スイッチ部２７の切り替えを制御する。

図１および図４に示すように、モータ６０は、モータ本体６１および軸部６２を有する。本実施形態のモータ６０は、駆動により軸部６２の長さが伸縮する直動型ステッピングモータである。また、モータ６０は、レドーム１０とロアケース１５とで形成される空間内に収容されており、粉塵等の影響を受けにくいので、モータ６０の耐久性を高めることができ、レーダ装置１の外部に設ける場合と比較し、モータ６０を小型化することができる。

モータ本体６１は、ロアケース１５に収容される。
軸部６２は、モータ本体６１から突出して形成され、先端部がスペーサ３１と当接する。本実施形態では、図４および図５に示すように、軸部６２が伸長することにより、アンテナモジュール３０のアンテナ面４５が相対的に上方を向き、軸部６２が短縮することにより、アンテナ面４５が相対的に下方を向く。これにより、アンテナ面４５の垂直軸方向の角度（仰俯角）を調整可能である。以下、垂直軸方向の角度を、適宜「上下角度」という。

ここで、アンテナ面４５の垂直軸方向の角度調整について、図６および図７に基づいて説明する。
まず、垂直軸調整用のターゲットリフレクタＴ１を設置する。ターゲットリフレクタＴ１は、車両Ｃに搭載された状態におけるレーダ装置１の高さであるセンサ高さＡと略一致するターゲット高さＢに設置される。また、ターゲットリフレクタＴ１は、レーダ装置１から所定のターゲット距離Ｌ１分、離間した位置に設置される。垂直軸の調整は、レーダ装置１とターゲットリフレクタＴ１との間に反射の大きい物体がない状態にて実施される。

次に、モータ６０を駆動し、所定の上下角度毎に、ターゲットリフレクタＴ１に向かい、送信アンテナ４６から電波を発信し、受信アンテナ４７にて受信した電波に応じた受信電力を測定する。受信電力の測定結果は、例えば図７に示す如くとなる。なお、図７における上下角度の正負は、基準位置に対し、軸部６２が短縮する方向を正、伸長する方向を負としている（図５参照）。

図７に示すように、制御部５１では、受信電力の高い３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のデータを用い、２次補間により電力ピーク軸である電波軸を演算する。そして、モータ６０を駆動し、アンテナ面４５の垂直軸が電波軸と一致するようにアンテナモジュール３０の角度を調整する。本実施形態では、高周波回路基板４１はスペーサ３１のレドーム１０側に設けられているので、アンテナモジュール３０の角度を調整することは、アンテナ面４５の角度を調整することと同義である。

なお、本実施形態では、アンテナ面４５の水平方向の角度調整（左右調整）については、ソフトウェアにて実施される。具体的には、図８に示すように、レーダ装置１から所定のターゲット距離Ｌ２離間し、車両軸に合わせた位置にターゲットリフレクタＴ２を設置する。垂直軸調整時と同様、レーダ装置１とターゲットリフレクタＴ２との間に反射の大きい物体がない状態にて実施される。ターゲットリフレクタＴ２に向かい、送信アンテナ４６から電波を発信し、受信アンテナ４７にて受信した電波に基づき、制御部５１にてターゲットリフレクタＴ２の方位を演算する。そして、演算された方位を０［°］とみなして記憶、認識させることにより、水平方向の角度を調整する。

ところで、モータ６０は消費電力が大きいため、従来は、例えば初期設定時等における垂直軸調整時には通電するが、調整時以外の通常使用時には、通電を行わず、無励磁としていた。そのため、無励磁状態においてモータ６０の軸部６２を保持することによりアンテナモジュール３０の垂直軸方向の角度を保持すべく、無励磁時保持力への配慮が必要であった。また、通常使用中に垂直軸方向の調整ができなかった。

そこで本実施形態では、図２に示すように、スイッチ部２７を設け、モータ６０に対し、ＤＣＤＣコンバータ２２を経由せずＩＧ電源７０から直接電力が供給される状態と、ＤＣＤＣコンバータ２２を経由して電力が供給される状態と、を切り替え可能に構成している。
本実施形態では、垂直軸調整時には、ＤＣＤＣコンバータ２２を経由せず、ＤＣＤＣコンバータ２２の上流側からＩＧ電源７０のＩＧ電圧Ｖｉｇが印加されるように、スイッチ部２７を切り替える。これにより、垂直軸調整時におけるモータ６０の軸部６２による推力を確保することができる。

一方、垂直軸が調整された状態にて保持する励磁保持時（通常使用時）には、ＤＣＤＣコンバータ２２により変圧された変換後電圧Ｖｃｏｎが印加されるように、スイッチ部２７を切り替える。本実施形態のＤＣＤＣコンバータ２２は降圧型であるので、ＩＧ電圧Ｖｉｇが印加される場合と比較し、変換後電圧Ｖｃｏｎを印加することにより、消費電力を抑えることができる。これにより、モータ６０に常時通電したとしても、電力消費の増加を抑えることができる。

モータ６０に常時通電することにより、モータ６０の軸部６２の無励磁時保持力への配慮が不要となり、モータ６０の軸部６２を適切に保持することができるので、アンテナモジュール３０の垂直軸方向の角度を適切に保持することができる。また、無励磁にて保持する場合と比較し、振動耐久に対する耐量を上げることができる。さらに、常時通電可能となれば、例えば車両Ｃへの積載重量により、車両Ｃが傾斜した場合、車両Ｃの水平検知結果に基づき、アンテナモジュール３０の垂直軸方向の角度を再調整することができる。

以上詳述したように、本実施形態のレーダ装置１は、アンテナモジュール３０と、モータ６０と、ＤＣＤＣコンバータ２２と、を備える。アンテナモジュール３０は、電波を放射する送信アンテナ４６、送信アンテナ４６から放射され計測対象物にて反射された電波を受信する受信アンテナ４７、および、受信アンテナ４７が受信した電波に係る情報に基づき、計測対象物の位置を検出する制御部５１を有する。モータ６０は、制御部５１により、モータドライバ２６を介して制御され、送信アンテナ４６および受信アンテナ４７が形成されるアンテナ面４５の垂直軸方向の角度を調整する。ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＩＧ電源７０とアンテナモジュール３０との間に接続される。

本実施形態では、モータ６０は、ＤＣＤＣコンバータ２２を経由してＩＧ電源７０と接続可能に構成される。これにより、モータ６０には、ＤＣＤＣコンバータ２２による変圧後の変換後電圧Ｖｃｏｎを印加可能である。
本実施形態のＤＣＤＣコンバータ２２は降圧型であるので、モータ６０にＤＣＤＣコンバータ２２の下流側から電力を供給することにより、ＤＣＤＣコンバータ２２の上流側から電力を供給する場合と比較し、消費電力を抑えることができる。これにより、電力増加を抑えた状態にてモータ６０に常時通電することができる。

モータ６０への常時通電が可能となれば、無励磁時保持力への配慮が不要となる。また、無励磁にてモータ６０の軸部６２を保持する場合と比較して、振動耐久性が向上する。さらに、車両Ｃの傾斜等に応じ、アンテナ面４５の垂直軸方向の角度を調整可能となる。
また、モータ６０にＤＣＤＣコンバータ２２の下流側から電力を供給して消費電力を抑えることにより、モータ６０に常時通電した場合でも放熱の増加を抑制することができるので、モータ６０およびレーダ装置１の大型化を防ぐことができる。

また、本実施形態では、制御部５１により制御され、モータ６０がＤＣＤＣコンバータ２２を経由してＩＧ電源７０と接続される状態と、モータ６０がＤＣＤＣコンバータ２２を経由せずにＩＧ電源７０と接続される状態とを切り替えるスイッチ部２７をさらに備える。モータ６０がＤＣＤＣコンバータ２２を経由してＩＧ電源７０と接続されることにより、モータ６０にはＤＣＤＣコンバータ２２による変圧後の変換後電圧Ｖｃｏｎが印加される。一方、モータ６０がＤＣＤＣコンバータ２２を経由せずにＩＧ電源７０と接続されることにより、モータ６０には、ＩＧ電圧Ｖｉｇが印加される。これにより、モータ６０の使用状態に応じ、モータ６０に印加される電圧を適切に切り替えることができる。

本実施形態では、制御部５１は、アンテナ面４５の垂直軸方向の角度を調整する垂直軸調整時には、モータ６０が、ＤＣＤＣコンバータ２２を経由せずにＩＧ電源７０と接続される状態にスイッチ部２７を制御する。すなわち、垂直軸調整時には、モータ６０は、ＩＧ電圧Ｖｉｇが印加される。また、制御部５１は、アンテナ面４５の垂直軸方向の角度を保持する励磁保持時には、モータ６０がＤＣＤＣコンバータ２２を経由してＩＧ電源７０と接続される状態にスイッチ部２７を制御する。すなわち、励磁保持時には、モータ６０は、ＤＣＤＣコンバータ２２による変圧後の変換後電圧Ｖｃｏｎが印加される。これにより、励磁保持時におけるモータ６０による消費電力を抑えつつ、垂直軸調整時にはモータ６０の軸推力を確保することができる。

（他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、スイッチ部により、モータがＤＣＤＣコンバータを経由してＩＧ電源と接続される状態と、ＤＣＤＣコンバータを経由せずにＩＧ電源と接続される状態とを切り替える。他の実施形態では、スイッチ部を省略し、常にモータがＤＣＤＣコンバータを経由してＩＧ電源と接続されるように構成してもよい。

（イ）上記実施形態のＤＣＤＣコンバータは、降圧型のものである。他の実施形態では、ＤＣＤＣコンバータは、例えばアイドリングストップ等によりＩＧ電圧が降下する場合等においては適切な電圧に昇圧する昇降圧型のものとしてもよい。
（ウ）上記実施形態では、モータは、レドームとロアケースとの間の空間内に収容されていた。他の実施形態では、モータは、レーダ装置本体の外部に設けられる外部モータとしてもよい。

（エ）上記実施形態のレーダ装置は、ミリ波レーダであるが、他の実施形態では放射する電波はミリ波に限らず、どのような波長のものであってもよい。また、上記実施形態のレーダ装置は、計測対象物の位置として、計測対象物との距離を検出するものであるが、他の実施形態では、計測対象物の位置として、距離に限らず、例えば計測対象物の方向や相対速度等、距離以外の情報を検出するものであってもよい。また、上記実施形態のレーダ装置は、車両に搭載していたが、他の装置等に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・レーダ装置
２２・・・ＤＣＤＣコンバータ
２７・・・スイッチ部
３０・・・アンテナモジュール
４５・・・アンテナ面（電波面）
４６・・・送信アンテナ（送信部）
４７・・・受信アンテナ（受信部）
５１・・・制御部
６０・・・モータ
７０・・・ＩＧ電源（電力供給源）

Claims (1)

1. 電波を放射する送信部（４６）、前記送信部から放射され計測対象物にて反射された電波を受信する受信部（４７）、および、前記受信部が受信した電波に係る情報に基づき、前記計測対象物の位置を検出する制御部（５１）を有するアンテナモジュール（３０）と、
   前記制御部により制御され、前記送信部および前記受信部が形成される電波面（４５）の垂直軸方向の角度を調整するモータ（６０）と、
   電力供給源（７０）と前記アンテナモジュールとの間に接続されるＤＣＤＣコンバータ（２２）と、
   前記制御部により制御され、前記モータが前記ＤＣＤＣコンバータを経由して前記電力供給源と接続される状態と、前記ＤＣＤＣコンバータを経由せずに前記電力供給源と接続される状態とを切り替えるスイッチ部（２７）と、
   を備え、
   前記モータは、前記ＤＣＤＣコンバータを経由して前記電力供給源と接続可能に構成され、
   前記制御部は、
   前記電波面の垂直軸方向の角度を調整する垂直軸調整時には、前記モータが前記ＤＣＤＣコンバータを経由せずに前記電力供給源と接続される状態に前記スイッチ部を制御し、
   前記電波面の垂直軸方向の角度を保持する励磁保持時には、前記モータが前記ＤＣＤＣコンバータを経由して前記電力供給源と接続される状態に前記スイッチ部を制御し、
   車両が傾斜した場合、前記車両の水平検知結果に基づき、前記アンテナモジュールの垂直軸方向の角度を再調整することを特徴とするレーダ装置。

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