JP4833985B2 - 差し迫った衝突を認識する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、前方に位置する対象との将来的な期間内の差し迫った衝突を認識するために、電磁放射を送信および受信する方法および装置に関するものであって、送信される放射がＦＭＣＷ変調され、かつ周波数ランプのランプ勾配が送信周波数および将来的な期間に従って定められ、負の受信周波数が検出された場合に将来的な期間内の差し迫った衝突が認識される。

２００２年４月にローベルトボッシュ社から出版された出版物「適応性走行速度制御ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）」（ISBN-3-7782-2034-9）によれば、ＦＭＣＷ変調された放射を送信して前方に位置する対象から反射された部分放射を受信するレーダーセンサ技術が知られている。前方に位置する対象が検出されれば、装置を搭載した車両が速度制御され、その場合に速度制御は間隔一定制御に基づいて実施される。前方を走行する車両として認識されていた前方に位置する対象が検出されなければ、速度制御は運転者により予め設定された目標速度に対する速度一定制御に基づいて実施される。この場合に送信されるレーダー放射は、周波数ランプによりＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）変調されて放射され、前方に位置する対象に対する間隔および相対速度は、送信された放射のドップラーシフトおよび到達時間に従って求められる。送信されたレーダー信号に関する到達時間の測定およびドップラー効果の影響が後述されており、その場合に信号到達時間がτ＝２ｄ／ｃで計算され、ドップラー効果がｆＤ＝−（２ｆｃ・ｖｒｅｌ）／ｃで予め定められる。

（発明の要旨）
本発明の要旨は、負の受信周波数の検出によって、前方に位置する対象との予め設定された期間ｔＴＣ内の衝突が認識されるように、送信周波数と周波数ランプのランプ勾配とが互いに組合せられた、方法および装置を提供することにある。本発明によれば、これは、独立請求項の特徴によって解決される。望ましい展開および実施形態が従属請求項から明らかにされる。

衝突が検出可能である将来的な期間は、作動すべき安全手段および／または安全機能が認識された衝突時点の前に作動されなければならない期間であるようにしてもよい。

さらに、負の周波数を検出するために直角位相受信器（Quadraturemfaenger）が設けられるようにしてもよい。

直角位相受信器（Quadraturemfaenger）が位相比較器を備えており、位相比較器が直角位相信号に対する同位相信号の位相関係から、受信された周波数が正の周波数であるか、負の周波数であるか、を定めるようにしてもよい。

負の周波数が検出された場合に安全手段および／または安全機能が作動されるようにしてもよい。安全手段は、例えば、ベルトテンショナーまたはエアバッグの形式の搭乗者支援手段でありうる。安全機能は、例えば、自動的に始動されて機能する車両の非常ブレーキおよび／または衝突回避もしくは衝突緩和のための自動的な操舵への介入でありうる。

さらに、安全手段および／または安全機能は、自動的な車両の減速、自動的な操舵への介入、少なくとも１つの搭乗者支援システムの作動、あるいはそれらの組合せであるようにしてもよい。

送受信される電磁放射は、車両の前方に位置する領域に存在する対象を検出する、レーダー信号またはレーザービームの形式のマイクロ波放射であるようにしてもよい。

さらに、複数の安全手段および／または複数の安全機能を作動させるために、認識された衝突時点の前に安全手段および／または安全機能の各々が作動されなければならない各々の期間について、対応するランプ勾配を有する周波数ランプが設けられるようにしてもよい。複数の安全手段および／または安全機能が作動される場合には、差し迫った衝突の前に安全手段が作動されなければならない期間は、安全手段の種類に依存する。衝突の前に搭乗者の安全ベルトを締めるベルトテンショナーの場合には、期間は、例えばベルトを締めるためにベルトテンショナーが必要とする時間である。エアバッグの場合には、期間は、例えば最適な保護機能を発揮するために、衝突時点の前のエアバッグが作動されなければならない時間でありうる。自動的な車両の減速および／または自動的な操舵への介入の場合には、期間は、例えば走行ダイナミック変量によって予め設定可能である。認識された衝突時点の前に安全手段もしくは安全機能が作動されなければならない将来的な期間は、作動される安全手段に従って各々に異なり、かつ送信される送信信号の送信周波数と変調される送信信号のランプ勾配とがこの期間に調整されなければならないので、複数の安全手段もしくは安全機能が駆動される場合には、互いに異なる各々の期間のために固有の周波数ランプが設けられると効果的である。このためには、異なる勾配を伴う周波数ランプが順次放射され、かつ受信される、ＦＭＣＷ変調形式が適している。

さらに、衝突が検出可能である将来的な期間は、作動すべき安全手段および／または安全機能が認識された衝突時点の前に作動されなければならない期間であるようにしてもよい。

さらに、負の周波数を検出するために受信信号が直角位相受信器に供給されるようにしてもよい。

同位相信号と直角位相信号との位相関係から、位相比較器を用いて、受信された周波数が正の周波数であるか、負の周波数であるか、が定められるようにしてもよい。

負の周波数が検出された場合に安全手段および／または安全機能が作動されるようにしてもよい。

さらに、安全手段および／または安全機能として、自動的な車両の減速、自動的な操舵への介入、少なくとも１つの搭乗者支援システムの作動、あるいはそれらの組合せの少なくともいずれかが作動されるようにしてもよい。

複数の安全手段および／または安全機能を作動させるために、認識された衝突時点の前に安全手段および／または安全機能の各々が作動されなければならない各々の期間について、対応するランプ勾配を有する、ＦＭＣＷ変調された送信信号内の周波数ランプが設けられるようにしてもよい。

特に重要な点は、本発明に基づく方法が、車両の適応性を伴う間隔もしくは速度制御の制御装置のために設けられる制御要素の形式で実現されることである。この場合に制御要素には、計算装置上、特にマイクロプロセッサ上または信号プロセッサ上で実行可能であって、本発明に基づく方法の実施に適したプログラムが記憶されている。よって、この場合には、本発明が制御要素上に格納されているプログラムによって実現されるので、プログラムを有する制御要素は、プログラムの実施に適した方法と同様に、本発明を表している。制御要素として、特に電気的な記憶媒体、例えばリードオンリーメモリが使用可能である。

（実施例の説明）
本発明の他の特徴、適用可能性および利点は、図面に示される、本発明の実施例に関する以下の説明から明らかにされる。この場合に記載されまたは図示される全ての特徴は、それら自体または任意の組合せにおいて、特許請求項における要約または帰属に関係なく、かつ明細書もしくは図面における表現もしくは表示に関係なく、本発明の対象を構成する。

以下、図面を用いて本発明の実施例が説明される。

図１には、高周波送受信装置１を表す、図式的なブロック回路図が示される。高周波送受信装置１は、供給される制御電圧信号に従って高周波のマイクロ波放射を発生させる高周波発振器２を備える。マイクロ波放射が発振器２から送信アンテナ３に伝達され、送信アンテナ３が送信信号としてマイクロ波放射を放射する。送信信号４は、本発明に基づくシステムを搭載した車両の前方に位置する対象で反射され、受信信号５として返送される。受信信号５は、信号の到達時間によって送信信号４に対して時間シフトされ、かつ反射される対象の相対速度によってさらに周波数がドップラーシフトされる。送信信号４として、周波数ランプの形式で周波数が時間的に線形変化する、ＦＭＣＷ変調された信号が放射されれば、送信信号４に対して異なる周波数を伴う受信信号５が生じる。周波数変化は、一方では、反射される対象の相対速度によるドップラー効果に起因し、他方では、送信信号４の周波数ランプが上昇している場合には、現在の受信信号が信号到達時間のために異なる周波数で放射されたことによって、送信信号４の現在の周波数がすでに変化していることに起因する。受信信号５は、受信アンテナ６で受信され、ミキサー７、８に供給される。本発明によれば、送受信装置１は、図示するように、送信および受信のために別々のアンテナを備えるバイスタティックな送受信システムとして構成される代わりに、信号４、５の送受信に同一の送受信アンテナを使用するモノスタティックシステムとしても構成される。この場合には付加的な送受信切替器が備えられ、発振器２の発振出力信号をモノスタティックアンテナに伝達し、モノスタティックアンテナの受信信号をミキサー７、８に伝達する。

図１に示す実施例は、直角位相受信器を備えており、従って同位相信号Ｉおよび直角位相信号Ｑのために分離された２つの受信チャネルが設けられる。受信アンテナ６によって受信された受信信号５は、一方で、同位相ミキサー７に伝達され、同位相ミキサー７には発振器２の出力信号がさらに供給される。同位相ミキサー７は、受信信号５を現在の送信信号２によって復調し、それに基づいて同位相信号Ｉを生成し、同位相信号Iがアナログ−デジタル変換器１０に出力される。さらに、受信信号５が受信アンテナ６から直角位相ミキサー８に伝達され、直角位相ミキサー８には発振器２の出力信号がさらに供給されるが、出力信号は移相器９によって９０°もしくはπ／２だけ位相回転されている。直角位相ミキサー８は、供給された信号から直角位相出力信号Ｑを生成し、直角位相出力信号Ｑが同様にアナログ−デジタル変換器１０に供給される。受信信号５は、送信周波数を信号の到達時間τの間変化させる、時間変化する周波数ランプによって、送信信号４に対して数式１の周波数で変化され、
ｆＬＺ＝２・（勾配）・ｄ／ｃ ．．．．．．．．．．（数式１）
ドップラー効果によって数式２の周波数で変化されるので、
ｆＤ＝２・ｆｔ・ｖ／ｃ ．．．．．．．．．．（数式２）
受信信号５については、数式３の現在の周波数が生じる。
ｆｒ＝ｆＬＺ＋ｆＤ＝２・（勾配）・ｄ／ｃ＋２・ｆｔ・ｖ／ｃ ．．．．．．．．．．（数式３）
この場合に「勾配（Steigung）」は、ＦＭＣＷ変調された信号のランプ勾配の時間当りの周波数変化であり、ｄが自己の車両に対する対象の間隔、ｆｔが放射された周波数、ｖが自己の車両に対する反射された対象の相対速度、ｃが光速度である。数式３から負の周波数を検出しようとする場合には、ｆｒ≦０と設定する必要があり、数式３が数式４に変形される。
ｄ／−ｖ＝ｆｔ／（勾配）＝ｔＴＣ ．．．．．．．．．．（数式４）
数式４は、現在の間隔ｄに基づいて相対速度ｖで対象が移動する場合に得られる、将来的な衝突までの期間ｔＴＣに相当する。安全手段１３を作動させるために必要な期間に相当するように将来的な衝突までの期間ｔＴＣを選択する（例えばｔＴＣ＝０．３秒）場合には、ｆｔ／（勾配）、従ってランプ勾配で除算された送信周波数ｆｔが期間ｔＴＣに等しく設定されている限り、負の受信周波数ｆｒの検出によって衝突が認識される。例えば送信周波数ｆｔ＝７７ＧＨｚが設定され、安全手段もしくは安全機能１３を作動させるために必要な期間ｔＴＣ＝０．３秒が設定された場合には、勾配＝２５７ＧＨｚ／秒として必要なランプ勾配が得られる。よって、上記の例では、送信周波数ｆｔ＝７７ＧＨｚおよび勾配＝２５７ＧＨｚ／秒のランプ勾配であれば、負の受信周波数ｆｒが検出された場合に将来的な期間ｔＴＣ＝０．３秒内の差し迫った衝突を認識することができる。

上記の数値例は、安全手段１３を作動させるために必要な他の期間にも変更され、その場合にはランプ勾配「勾配」または送信周波数ｆｔが期間ｔＴＣについて適合される。期間ｔＴＣ＝０秒が選択されれば、本発明に基づく装置によって、この瞬間に衝突が始まるかが認識される。アナログ−デジタル変換器１０を用いてデジタル化された受信信号ＩおよびＱは、フーリエ変換器１１に伝達され、デジタル化された受信データが周波数スペクトルに変換された後に位相評価器１２に供給される。正の受信周波数ｆｒ＞０が検出された場合には、同位相信号Ｉは、直角位相チャネルの復調信号を回転させた移相器９に基づいて、直角位相信号Ｑに対して各々に９０°の位相関係を有する。衝突の危険性を伴う対象が検出されれば、理論的に負の周波数ｆｒ＜０（実際には測定不能）が受信される。負の周波数は、実際には直接的に測定不能であるので、直角位相受信器が使用され、直角位相受信器では、同位相信号Ｉと直角位相信号Ｑとの位相関係によって設定可能な、受信信号ｆｒの負のスペクトル成分が使用される。よって、負の受信周波数ｆｒ＜０が検出された場合には、同位相信号Ｉと直角位相信号Ｑとの間で位相の符号が変化する。符号変化が位相評価器１２によって認識され、それに基づいて位相評価器１２の出力信号によって安全手段もしくは安全機能１３が作動可能となる。

図２には、望ましい実施例の変形が示されており、これは、図１と略同一であるが、さらに制御器（Steuerung）１４を備える。特に複数の安全手段もしくは安全機能１３が使用され、安全手段もしくは安全機能１３の各々のために、計算された衝突の前に安全手段１３が作動されなければならない固有の期間ｔＴＣが必要とされる場合には、該当する期間ｔＴＣが設定されるようにランプ勾配を交互に変化させることが重要となる。このために制御器１４が設けられており、制御器１４が制御信号を発振器２に出力し、制御信号によって発振器２がランプ勾配に従って設定可能となる。さらに、出力信号が制御器１４から安全手段もしくは安全機能１３に出力され、出力信号は、安全手段もしくは安全機能１３に、衝突までの作動期間ｔＴＣのいずれが発振器２内で現在設定されているかを伝達し、さらに位相評価器１２内で位相に関して評価される。

図３には、ＦＭＣＷ変調された送信信号４の周波数ランプの例を示す、周波数−時間ダイアグラムが示される。さらに、ドップラー効果および到達時間によって送信信号４に対してシフトされた受信信号５が示される。送信信号４は、１つまたは複数のランプを有しており、その場合に各々に異なるランプ勾配を有することができる。ランプは、例えば交互に上昇および下降するランプであり、または例えば順次上昇する、異なるランプ勾配の周波数ランプであり、周波数ランプ間で周波数が再び初期周波数に戻る。ｔ＝０からｔ＝ｔＡの期間の間にキャリア周波数ｆｔを伴うマイクロ波信号が放射される。時点ｔ＝ｔＡと時点ｔ＝ｔＣとの間の期間では、送信周波数は、キャリア周波数ｆｔから値ｆｔ＋ｆＨまで上昇しており、その場合に値がキャリア周波数ｆｔに対して周波数シフト分ｆＨだけ高くなっている。ランプの周波数勾配は、勾配＝ｆＨ／（ｔＣ−ｔＡ）で計算され、数式４では同様に変数「勾配」として示される。時点ｔ＝ｔＣ以降では、周波数は、周波数値ｆｔ＋ｆＨで一定して推移しており、その後例えば、下降する周波数ランプによって値ｆｔまで再び下降させることができ、または値ｆｔへの周波数ジャンプを設けることができ、続いて新たな周波数ランプが上昇する。

送信信号４が前方に位置する対象により反射されて戻ってきた受信信号５は、一方で、信号の到達時間によって送信信号４に対して時間シフトされており、その場合に時間シフトは図示の例では値ｔＢ−ｔＡを有する。送信信号４は、到達時間によって時点ｔで受信信号５よりも高い周波数を伴う。というのは、送信信号が上昇する周波数ランプによってより高い現在の周波数をすでに伴うからである。送信信号４が反射される前方に位置する対象の移動によって、値ｆＤのドップラーシフトが生じ、受信信号５は、送信信号４に対して値ｆＤで正の周波数の方向にシフトされる。これにより、例えばｔ＝ｔＡとｔ＝ｔＣとの間の期間で示される、上昇する周波数ランプの期間では、信号到達時間および連続的に上昇する周波数ランプによってもたらされる周波数変化ｆＬＺと、ドップラーシフトｆＤとによって、送信信号４に対して受信信号５の周波数シフトΔｆが生じる。数式４に従ってキャリア周波数ｆｔおよびランプ勾配ｆＨ／（ｔＣ−ｔＡ）が選択されれば、期間ｔＴＣ内の衝突が認識されるので、図４の相対速度−間隔ダイアグラムでは、安全手段もしくは安全機能１３の作動領域が得られる。

図４にはダイアグラムが示されており、横軸１５が前方を走行する車両に対する自己の車両の間隔ｄを示し、縦軸１６が相対速度ｖを示し、相対速度は、前方を走行する車両が自己の車両より速いか遅いかに応じて正または負の値となる。負の周波数によって期間ｔＴＣ内の衝突を認識することができる数式４で、例えばｔＴＣ＝０．３秒が設定されれば、現在の間隔ｄに基づいて現在の相対速度ｖで車両が走行する場合に、将来的な期間ｔ＝ｔＴＣ内に衝突が差し迫る、相対速度ｖと間隔ｄとの組合せが得られる。相対速度ｖと間隔ｄとの組合せは、例えば直線１７で示され、直線１７により区分された領域１８には、現在の間隔ｄに基づいて相対速度ｖが変化しない場合に、現時点から期間ｔＴＣ内に衝突が差し迫る、相対速度ｄ−間隔ｖの組合せが存在する。安全手段または安全機能１３を作動させるために、衝突の前に安全手段もしくは安全機能１３が作動されなければならない、より短い期間を設ける場合に（例えば、ｔＴＣ＝０．２ｓまたは０．１ｓ）、図４の相対速度−間隔ダイアグラムでは、作動閾値１９もしくは２０が得られ、その場合に図４の相対速度−間隔ダイアグラムでは、任意のｔＴＣ＞０ｓのための作動閾値が、座標原点から（ｖ＜０、ｄ＞０）象限に延びる、直線１７、１９、２０として示される。この場合に直線１７が例えば衝突までの期間ｔＴＣ＝０．３ｓを表し、直線２０が例えば期間ｔＴＣ＝０．２ｓを表し、直線１９が例えばｔＴＣ＝０．１ｓのための作動閾値を表す。作動閾値１９、２０に属する作動領域は、作動閾値１７に属する作動領域１８と同様に、作動領域がｖ＜０と作動閾値１９、２０の直線とによって区分されて示される。よって、図４の相対速度−間隔ダイアグラムの作動領域１８内に示されるように、検出された前方に位置する対象は、送信周波数ｆｔが適切に選択され、かつ周波数勾配「勾配」が適切に選択されている場合に、受信周波数ｆｒとして負の周波数を生じさせ、負の周波数が同位相信号Ｉと直角位相信号Ｑとの間の位相関係に基づいて検出される。この種の位相関係の検出に従って、安全手段もしくは安全機能１３が作動可能となる。

本発明に基づく装置の第１の実施形態を示すブロック回路図である。 本発明に基づく装置の第２の実施形態を示すブロック回路図である。 該当する送信信号と受信信号との周波数−時間ダイアグラムである。 本発明を説明する相対速度−間隔ダイアグラムである。

符号の説明

１ 高周波送受信装置
２ 高周波発振器
３ 送信アンテナ
４ 送信信号
５ 受信信号
６ 受信アンテナ
７、８ ミキサー
９ 移相器
１０ アナログ−デジタル変換器
１１ フーリエ変換器
１２ 位相評価器
１３ 安全手段／安全機能
１４ 制御器

Claims (11)

1. 前方に位置する対象との所定期間内の差し迫った衝突を認識するために、電磁放射を送受信する装置であって、
   前記所定期間および搬送波周波数に従ってランプ勾配が定められた周波数ランプを用いてＦＭＣＷ変調された電磁放射を送信する装置と、
   前記対象で反射された電磁放射を受信する装置と、
   前記送信された電磁放射と前記受信された電磁放射に基づき同位相信号と直交位相信号とを供給する直交位相受信器と、
   前記送信された電磁放射の送信周波数に関連して受信された電磁放射の受信周波数について、前記同位相信号と前記直交位相信号の位相関係が負であるかを判定するために、前記同位相信号の位相と前記直交位相信号の位相とを比較する比較装置と、
   前記位相関係が負である場合に、前記対象との前記所定期間内の差し迫った衝突を検出する検出装置と
   を備えることを特徴とする装置。
2. 衝突が検出可能である前記所定期間は、作動すべき安全手段および安全機能の少なくともいずれかが前記認識された衝突時点の前に作動されなければならない期間であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記負の位相関係が検出された場合に安全手段および安全機能の少なくともいずれかが作動されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記安全手段および安全機能の少なくともいずれかが、自動的な車両の減速、自動的な操舵への介入、少なくとも１つの搭乗者支援システムの作動、ならびに前記手段および前記機能の組合せの少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 複数の安全手段および安全機能の少なくともいずれかを作動させるために、前記安全手段および安全機能の少なくともいずれかの各々が前記認識された衝突時点の前に作動されなければならない各々の所定期間について、対応するランプ勾配を有する周波数ランプが設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記送受信される電磁放射がマイクロ波放射またはレーザー放射であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前方に位置する対象との所定期間内の差し迫った衝突を認識する方法であって、
   前記所定期間および搬送波周波数に従って周波数ランプのランプ勾配を決定し、
   前記周波数ランプを用いてＦＭＣＷ変調された電磁放射を送信し、
   前記対象で反射された電磁放射を受信し、
   前記送信された電磁放射と前記受信された電磁放射に基づき同位相信号と直交位相信号とを供給し、
   前記送信された電磁放射の送信周波数に関連して受信された電磁放射の受信周波数について、前記同位相信号と前記直交位相信号の位相関係が負であるかを判定するために、前記同位相信号の位相と前記直交位相信号の位相とを比較し、
   前記位相関係が負である場合に、前記対象との前記所定期間内の衝突が差し迫っていると検出すること
   を含むことを特徴とする方法。
8. 衝突が検出可能である前記所定期間は、作動すべき安全手段および安全機能の少なくともいずれかが前記認識された衝突時点の前に作動されなければならない期間であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記負の位相関係が検出された場合に安全手段および安全機能の少なくともいずれかが作動されることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記安全手段および安全機能の少なくともいずれかとして、自動的な車両の減速、自動的な操舵への介入、少なくとも１つの搭乗者支援システムの作動、ならびに前記手段および前記機能の組合せの少なくともいずれかが作動されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 複数の安全手段および安全機能の少なくともいずれかを作動させるために、前記安全手段および安全機能の少なくともいずれかの各々が前記認識された衝突時点の前に作動されなければならない各々の所定期間について、対応するランプ勾配を有する、ＦＭＣＷ変調された送信信号内の周波数ランプが設けられることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の方法。

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