JP3236405B2 - 車両クルーズ制御システム及びそのレーダ装置 - Google Patents

車両クルーズ制御システム及びそのレーダ装置

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JP3236405B2 JP10850393A JP10850393A JP3236405B2 JP 3236405 B2 JP3236405 B2 JP 3236405B2 JP 10850393 A JP10850393 A JP 10850393A JP 10850393 A JP10850393 A JP 10850393A JP 3236405 B2 JP3236405 B2 JP 3236405B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、限定されないが、とくに車両の
インテリジェント クルーズ（自動走行）制御用の距離
（レンジ）値（range value ）予測用の連続波レーダ方
式に関する。
【０００２】
【従来の技術】周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダ方
式は、対応するパルス方式に比し装置が簡単であり、ピ
ーク電力出力が少くてすむため普及してきている。チェ
リー（Cherry）他の米国特許第３，７１０，３８３号は
自動車用の前方車間距離（ヘッドウエイ）制御方式の距
離（レンジ）入力発生用ＦＭＣＷレーダ方式を開示して
いる。前方を進行中の車両に向って変調搬送波を伝送
し、反射波を受信する。進行車両の前方車間距離は、伝
送信号の瞬時値と受信信号の瞬時値の間の差周波数又は
ビート周波数によって決定する。
【０００３】従来のＦＭＣＷレーダ方式において判明し
ている欠点は、ターゲット（あるいは先行車両）のレー
ダ装置に対する速度が計測したレンジに影響を及ぼすこ
とである。これはレーダ アンテナに対するターゲット
の速度が、ドップラー効果によって周波数偏位を生じ、
これによって周波数の変化が生ずるためである。このド
ップラー効果による周波数の偏位（シフト）はターゲッ
トの認識される車間距離（レンジ）を変化させるので、
レンジ・ドップラー結合と称される。
【０００４】レンジ・ドップラー結合の問題の解決方法
の１つは、周波数が増加したり減少したりする送信波に
変調周波数エンベロープを供給することである。ドップ
ラー現象により受信信号に加わる周波数偏位（シフト）
は、レーダ周波数の増減（スイープ）の瞬間的方向に関
係なく、接近中のターゲットに対しては正であり、遠ざ
かってゆくターゲットに対しては負であり、一方ターゲ
ットの距離（レンジ）による周波数偏位は周波数スイー
プの方向に応じて極性を変化させる。従って、ターゲッ
トのレンジによる周波数シフトと、ドップラー現象によ
る周波数シフトとは識別が可能である。しかしながらこ
のようにして双方向の周波数スイープを使用すると、複
数のターゲット間で混乱を生ずる可能性が増加する。
【０００５】上に代る解決手段は、ＦＭＣＷレーダを用
いて距離を測定し、距離信号（またはビート周波数）を
微分してターゲットの速度を導き、このターゲット速度
よりレンジ・ドップラー結合による誤差を計算するもの
である。しかしこの方法は、大振幅の信号より小さな値
の差信号を得ようとするものであるため実際上の実現は
困難であり、とくに自動車のようなノイズの多い環境で
連続的にこれを得ることは極めて困難である。
【０００６】ＦＭＣＷレーダ方式は、例えば前述の如き
車両の先方車間距離制御方式等の制御システムに多く用
いられ、この場合予知的要素が必要となる。先方車間距
離（ヘッドウエイ）制御方式においては、エンジンのス
ロットル開度の変化に対する車両の応答の遅れの許容値
を考慮する必要がある。
【０００７】図１は、車両の先方車間距離（ヘッドウエ
イ）制御システム１０の従来例のブロック図である。ル
ックアップ テーブル１２に所望の速度値ＤＳを供給
し、所望ヘッドウエイＤＨ信号（感知可能な停止距離に
基づく）を形成し、これを制御ユニット（ＣＮＴＬ）１
４に送る。制御ユニット（ＣＮＴＬ）１４にはさらに３
つの信号、すなわちヘッドウエイ測定ＨＷ、相対速度測
定ＲＶ、推定加速ＥＡの各信号を供給する。制御ユニッ
トＣＮＴＬは、車両のスロットル（図示せず）に供給す
る変化率を制御する信号ＴＣを作成する。この信号ＴＣ
は、インテグレータ１６にも供給される。インテグレー
タ１６は、車両の移動に応じて定まる一定の長さの遅延
を生じさせ、信号ＴＣに応じ予測した加速信号ＥＡをＣ
ＮＴＬ １４に送付する。ヘッドウエイ信号ＨＷは基本
的にはヘッドウエイ信号の微分により導出される相対速
度ＲＶと、ＦＭＣＷレーダ（図示せず）とによって形成
される。説明の都合上、予測加速信号ＥＡは他のインテ
グレータ１８に供給する如く図示してある。このインテ
グレータ１８はシステムの速度を表わす出力信号ＳＶを
形成し、同じく図示の目的によって示した減算器２０に
供給する。この減算器２０の他の入力は、ターゲット速
度ＴＶにより形成される。ヘッドウエイ制御システム
と、進行中の車両との間の相対速度ＲＶは、減算器２０
の出力に生じ、ＣＮＴＬ １４に供給され、かつ図示の
目的のみで示された他のインテグレータ２２にも供給さ
れる。インテグレータ２２は、このシステムと前方進行
中の車両間のヘッドウエイ値ＨＷをＣＮＴＬ１４に供給
する。ＣＮＴＬ１４は、車両の加速速度を調整するよう
に動作して、実際のヘッドウエイＨＷを所望のヘッドウ
エイＤＨに一致させる如くし、同時に予測加速と、相対
速度を考慮に入れる。ＣＮＴＬ １４は、計測した車両
速度を制限するようにもなしうる。例えばレーダ速度計
より所望速度値ＤＳを導くようにもなしうる。
【０００８】上述の如きヘッドウエイ制御システムは、
所要の予知及び安定性の確保のため、可成りの数の回路
を必要とする。
【０００９】本発明の目的は、ＦＭＣＷレーダ・システ
ムを使用するときの上述の如くのレンジ・ドップラー結
合及び複雑化の問題を少しでも解決したレーダ・システ
ムを得ることにある。
【００１０】本発明によれば、将来の予測時間ｔにおけ
るレーダ装置に対し相対的に移動しているターゲットと
該レーダ装置間の距離（レンジ）を予測するレーダ装置
であり、基本周波数ｆ（Ｈｅ）より上側に毎秒ｒ（Ｈ
ｚ）の割で周波数を変化（スイーブ）させる周波数信号
を反復送信する手段と、ターゲットより反射されたリタ
ーン信号の受信手段と、該リターン信号と、送信信号を
表わす信号とを混合して差信号を形成するミクサ手段と
を有し、この場合前記差信号はレーダ装置とターゲット
間の距離による周波数成分と、ターゲットのレーダ装置
との相対速度による周波数成分とを有しているレーダ装
置において、所定の基本周波数ｆと予測時間ｔに対し、
信号反復送信手段は、送信信号を ｒ＝ｆ／ｔ の速度でスイープさせる手段を有しており、このｒの値
は、レーダ装置に対するターゲットの相対速度に起因す
る差信号の周波数成分が、予測時間ｔにおいて、ターゲ
ットがレーダ装置に対し前記相対速度で走行すべき距離
に対応する如く選択することを特徴とする。
【００１１】本発明は、ＦＭＣＷレーダの送信信号周波
数を特定の計算された速度でスイープさせる手段を設け
ることにより、上述の如きレーダのレンジ・ドップラー
結合による不所望の影響を軽減するのみならず、良好に
予測機能を発揮することを発見したことによって得られ
たものである。レーダは将来の時間ｔにおけるターゲッ
トの距離の予測値を次の如くして提供する。すなわち、
距離測定に導入すべきターゲットの速度によるドップラ
ー シフト量を数式的に求めることによって予測値を得
る。距離の予測値を得るためには、送信信号周波数を上
側にスイープさせるを要する。予測時間長ｔの長さ、換
言すると所要の予測の程度によって、距離（レンジ）測
定において許容されるドップラー シフトの量が定ま
る。この量は、レーダのスイープの時間長さを変化させ
て便利に調整することができる。スイープの時間長が長
い程予測時間長は長くなり、逆もまた然りである。典型
的な自動車におけるクルーズ制御で必要とされる予測時
間長は約１秒である。ターゲットまたは先行車の速度は
短時間に極めて急激に変化することはないので正確な距
離予測が得られる。
【００１２】制御システム内でレーダのドップラー周波
数シフトと距離の間の結合係数を調整することにより、
ドップラー周波数シフトの所定の比率を有するフィード
バック信号が得られる。この比率によると、制御ループ
を安定化させる速度のフィードバック値の所要の値が得
られ、他の速度信号を導出したり、他の制御ループまた
は速度のフィードバックの程度の調節のための他の手段
を必要としない。
【００１３】本発明はそのレーダ装置（システム）を有
するクルーズ（自動走行）制御システムにも関する。レ
ーダ装置によって得られる距離（レンジ）信号が所定値
以下のときは車両のブレーキあるいは車両の乗員の前の
衝突保護バッグを膨らませる手段を設けることができ
る。
【００１４】本発明はかかるクルーズ制御システムを搭
載し、距離決定方法を用いる車両（自動車）にも関す
る。
【００１５】
【実施例】以下図面により本発明を説明する。図２は本
発明によるＦＭＣＷレーダ・システムを有するクルーズ
（自動走行）制御システム３０を示す。出力周波数ｆc
を有するディジタル・クロック６８によってカウンタ６
２を制御する。インテグレータ（積分器）６０は、ＲＦ
源５６に接続された出力を有していて、ＲＦ源５６の周
波数を制御する。ＲＦ源５６の出力をサーキュレータ３
４を経てアンテナ３２に供給する。カウンタ６２の出力
を比較器６４の第１入力に接続する。比較器６４の第２
入力をスレショールド供給手段６６に接続する。スレシ
ョールド供給手段６６は論理値０及び論理値１のそれぞ
れのリンクのセットを有している。比較器６４の両入力
が一致すると、カウンタ６２及びインテグレータ６０に
それぞれ接続されているリセット信号ＲＳＴは高い値と
なり、これらカンウタ６２及びインテグレータ６０をリ
セットする。インテグレータ６０をリセットするリセッ
ト信号は、代案としてインテグレータの出力に結合した
アナログ比較器より導出することもできる。既知の如
く、ＲＦ源の周波数スイープを直線化する技術を利用す
ることができる。
【００１６】サーキュレータ３４を介して、アンテナ３
２よりの戻り信号を、ミクサ３８の第１入力に接続す
る。戻り信号受信のため第２アンテナを設け、サーキュ
レータを省略することも可能である。方向性結合器５８
を介して、ミクサ３８の第２入力をＲＦ源５６に接続す
る。ミクサ３８の出力を低域濾波器４０に接続し、ミク
サの混合処理の差信号を形成する。この差信号を、周波
数対電圧変換器（ＦＶＣ）４２に結合する。この電圧変
換器（ＦＶＣ）４２は電圧出力信号を生じ、これを１対
の比較器４８，５０の第１入力にそれぞれ供給する。比
較器４８，５０の第２入力には、ヘッドウエイ スレシ
ョールド発生器４４及び危険スレショールド発生器４６
の出力をそれぞれ接続する。比較器４８の出力をスロッ
トル制御手段５２に供給して、計測した前方車間距離
（ヘッドウエイ）がヘッドウエイ スレショールド以下
のときは車両を加速する信号を生じ、これと反対のとき
は車両を減速させる。ヘッドウエイ スレショールドは
車速に見合う値にセットし、この速度は既知の如くして
自動制御する。比較器５０の出力は、ブレーキ制御手段
５４に接続し、計測ヘッドウエイが危険レベル以下のと
きは車両のブレーキを動作させる。この信号をアンチ・
ロック ブレーキ システムに結合させると便利であ
る。
【００１７】レーダ パラメータは次の如くして定めら
れる。レーダの動作周波数、または基本周波数ｆを選択
する。これは既知の如く、周波数スペクトル中の使用許
可周波数、並びに１個以上のレーダ アンテナの寸法の
制限により定められる。８０ＧＨｚが自動車用レーダの
応用分野に好適な周波数である。所要のレンジの解は、
スイープの行程（エクスカーション）を決定する。例え
ば１ｍのレンジの解は、この周波数では１５０ＭＨｚの
スイープのエクスカーションを必要とする。これは図２
に示したシステムでは、手段６６によって与えられるス
レショールドの大きさによって調節可能であり、このス
レショールドは、ＶＣＯ５８の周波数に１５０ＭＨｚの
変化を生ずるのに要するインテグレータ６０への入力に
相等しい。予測時間、あるいはレンジ測定が望まれる経
過時間は１秒である。必要なスイープ率ｒは、前述の時
間ｔで除した基本周波数ｆに等しく、従って８０ＧＨｚ
毎秒である。各スイープ エクスカーションは１５０Ｍ
Ｈｚであるため、８×１０ 10／1.5 ×１０8 スイープ／
秒、または約５３３Ｈｚのスイープ率が必要とされる。
【００１８】本レーダ システムの予知動作の原理は次
の如くである。 ＦＭＣＷレーダに対し：ターゲット距離によるビート周
波数は次で与えられる；
【数１】 式中、ｒ＝スイープ速度（Ｈｚ／ｓ） ｓ＝ターゲット距離（レンジ）（ｍ） ｃ＝光速（ｍ／ｓ） 上式を書直すと：
【数２】 レーダに対し、ターゲット速度に起因するビート周波数
は、
【数３】 式中、ｆ＝基本周波数（Ｈｚ） ｖ＝ターゲット速度（ｍ／ｓ） （２）式のｆrange 値に（３）式のｆdoppler を代入す
ると、ターゲット速度に起因するレンジ計算のエラーが
得られる、すなわちその値は、
【数４】 ターゲット距離が、レーダのレンジ出力と同じになる時
間ｔは、レンジ エラーをターゲット相対速度で除すこ
とによって得られる。すなわち：
【数５】 ここで、ｆは基本周波数であり、これは上述の制約また
は無線波スペクトルによって通常一定値に固定される。
ｔは予知時間であり、用途によって一定値であることが
望まれる。ｒ、すなわち、スイープ速度は、次の如く定
義される。
【数６】 スイープ エクスカーションは、レーダ システムの所
望の精度によって規定されるので、スイープ期間は、当
該用途に対してｔの正しい値を生ずるように選択する必
要がある。
【数７】 従って：
【数８】
【００１９】動作にあたり、伝送すべき信号はＲＦ源５
６より生じ、このＲＦ源５６は、リセット可能なインテ
グレータ６０により形成される鋸歯状波の上昇電圧ラン
プにより駆動される。カウンタ６２は、クロック６８に
より供給されるパルスのカウントが、スレショールド供
給手段６６により供給されるスレショールド値に到達す
る迄カウントする。比較器６４はカウントがスレショー
ルド値に到達したことを検出すると、カウンタ６２とイ
ンテグレータ６０とをリセットする。送信周波数の増加
速度は、インテグレータ６０に一定レベル入力をセット
し、クロック速度並びに周波数エクスカーションの大き
さを定めるスレショールドにより調節することができ
る。この場合のスイープ繰返し速度は、クロック速度を
スレショールド値で除算することにより求められる。
【００２０】サーキュレータ３４は送信信号をアンテナ
３２に通過させ、かつリターン信号をミクサ３８に通過
させる。送信中の信号の一部を受信信号と混合し、かつ
濾波して差信号、すなわちビート信号を形成する。周波
数対電圧変換器（ＦＶＣ）４２で、上記差信号周波数を
電圧値に変換し、比較器４８，５０で、２つのスレショ
ールド値、すなわちヘッドウエイ スレショールド及び
危険スレショールドと比較する。ヘッドウエイが過大で
あるか、または過小であれば、比較器４８はスロットル
制御手段５２に信号を送り、当該車両の直前車両との相
対位置を調節する。比較器４６には、全体の速度制限値
が与えられ、かつ車両の速度計よりの速度情報が供給さ
れていて、速度制限値に応ずるようになっている。この
比較器４６により、予測ヘッドウエイが一定の限界値に
達したことが検知されると、本システムは車両のブレー
キ制御手段５４により車両のブレーキを作動させるよう
に動作する。ブレーキを作動させるヘッドウエイ値は、
車速に応じて定まるようになし得る。
【００２１】説明を簡略にするため、本発明によるレー
ダシステムを用いた衝突防止制御システムにつき述べ
た。しかし当業者には、例えば直線比例制御システムの
如き他の制御方式を本レーダ・システムで実現しうるこ
と当然である。
【００２２】図３は、図２のクルーズ制御システムを使
用する車両70が先行車両72に後続する状況を示す概略図
である。車両70は、制御入力76を持つ推進手段すなわち
エンジン74、及び制御入力80を持つアンチロック制動シ
ステム(ABS) 78を備えている。クルーズ制御システム30
のアンテナ32は車両の前部に位置し、アンテナと車両72
との間の双方向信号路は82と記される。制御信号76は
（図２の）手段52により与えられ、制御信号80は（図２
の）手段54により与えられる。車両70はまた、エンジン
及びABS に対する手動制御（これらは図示されていな
い）をも持ち、車両運転者がクルーズ制御システムに優
先してそれを用いることを可能としている。
【００２３】本発明によるレーダー・システムは、制御
ループを安定させるため速度フィードバックを与えるの
に用いることができる。レーダーから供給される信号に
は本来、目標速度に依存するコンポネントが入ってお
り、レンジ測定による周波数シフトとドップラー効果に
起因する周波数シフトとのカップリングの程度が調整さ
れて周波数フィードバックの所要量を給することができ
る。もしレーダーのスイープ・レートが増大すれば（こ
れはスイープ期間がそれにより減少しないならレンジ解
像度をも増大させ）、レーダー出力における周波数シフ
トのコンポネントに依存する速度の相対的効果が減少
し、予測の程度が減少するし、又その逆でもある。速度
フィードバックの程度は以前に与えた方程式を用いて計
算できる。
【００２４】本発明によるレーダー・システムは、集積
回路で構成できるベースバンド直角受信機により実現さ
れる。
【００２５】この明細書に開示されている以外にも当業
者にとって明白な設計上、製造上の種々の変形がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、前方間隔制御システムの従来の技術の
概略ブロック図である。
【図２】図２は、本発明によるクルーズ制御システムの
概略ブロック図である。
【図３】図３は、クルーズ制御システムを導入した車両
の概略ブロック図である。
【符号の説明】
30 クルーズ制御システム 32 アンテナ 34 サーキュレータ 38 ミクサ 40 低域通過フィルター 42 電圧変換器 44 前方間隔しきい値発生器 46 危険しきい値発生器 48, 50, 64 比較器 52 スロットル制御手段 54 ブレーキ制御手段 60 積分器 62 カウンタ 66 しきい値供給手段 68 クロック 70 クルーズ制御システムを使用する車両 72 先行車両 74 エンジン 76, 80 制御入力 78 アンチロック制動システム 82 アンテナと車両72との間の双方向信号路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (56)参考文献 特開 平２−193090（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−90875（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175681（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−242187（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−151586（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−284019（ＪＰ，Ａ) 特許3075371（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/96 B60T 7/12 G08G 1/16

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】将来の予測時間ｔにおけるレーダ装置に対
    し相対的に移動しているターゲットと該レーダ装置間の
    距離（レンジ）を予測するレーダ装置であり、基本周波
    数ｆ（Ｈｚ）より上側に毎秒ｒ（Ｈｚ）の割で周波数を
    変化（スイーブ）させる周波数信号を反復送信する手段
    と、ターゲットより反射されたリターン信号の受信手段
    と、該リターン信号と、送信信号を表わす信号とを混合
    して差信号を形成するミクサ手段とを有し、この場合前
    記差信号はレーダ装置とターゲット間の距離による周波
    数成分と、ターゲットのレーダ装置との相対速度による
    周波数成分とを有しているレーダ装置において、 所定の基本周波数ｆと予測時間ｔに対し、信号反復送信
    手段は、送信信号を ｒ＝ｆ／ｔ の速度でスイープさせる手段を有しており、このｒの値
    は、レーダ装置に対するターゲットの相対速度に起因す
    る差信号の周波数成分が、予測時間ｔにおいて、ターゲ
    ットがレーダ装置に対し前記相対速度で走行すべき距離
    に対応する如く選択することを特徴とするレーダ装置。
  2. 【請求項２】予測時間ｔを車両の応答遅延時間にほぼ等
    しくしたこと、さらに、所望の前方車間距離（ヘッドウ
    エイ）信号形成手段と、レーダ装置によって定められる
    距離（レンジ）信号と前記所望前方車間距離信号とを比
    較して差信号を形成する手段、並びに該差信号に応答し
    て車両の速度を調節する信号を形成する手段を有してな
    る請求項１記載のレーダ装置を具える車両用クルーズ制
    御システム。
  3. 【請求項３】レーダ装置によって決定される距離信号に
    応答して、距離が所定値以下のときは車両へのブレーキ
    信号を生ずる如くした請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】レーダ装置によって決定される距離信号に
    応答して、距離が所定値以下のときは、少くとも１個の
    衝突保護バックを膨脹させるよう作動する信号を形成す
    る手段を設けた請求項２または３記載のシステム。
  5. 【請求項５】車両の走行装置に車速調整用信号を供給す
    る手段を設けた請求項２ないし４の１つに記載のクルー
    ズ制御システムと車両停止手段、並び車両走行手段を有
    する車両。
  6. 【請求項６】将来のｔ秒の予測時間におけるレーダ装置
    と、相対的に移動しているターゲット間の距離を予測す
    る方法であって、 基本周波数ｆ（Ｈｚ）より毎秒ｒ（Ｈｚ）の比率で上方
    に何回も周波数がスイープする周波数信号を反復送信
    し、 ターゲットによって反射されて戻るリターン信号を受信
    し、 リターン信号と、送信信号を表わす信号とを混合して差
    信号を形成し、この差信号はレーダ装置とターゲット間
    の距離による成分と、ターゲットのレーダ装置に対する
    相対速度による成分とを有する周波数を有する方法にお
    いて、 所定の基本周波数ｆと予測時間ｔに対し、送信信号を ｒ＝ｆ／ｔ の速度でスイープし、この値は、ターゲットとレーダ装
    置間のターゲットの相対速度による差信号周波数成分
    が、予測時間ｔ内にターゲットが前記相対速度でレーダ
    装置に対し移動すべき距離に対応する如く選定すること
    を特徴とするレーダ装置に対して移動しているターゲッ
    トの間の距離予測方法。
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