JPH036473B2

JPH036473B2 -

Info

Publication number: JPH036473B2
Application number: JP60003209A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Endo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1985-01-14
Publication date: 1991-01-30
Also published as: JPS61162776A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は、車両進行方向に電磁波を送出しそ
の反射体による反射波を受信して該反射体までの
距離、方向を検出する装置に関し、特に湾曲路な
どにおいて先行車が自車両との同一車線上に存在
するか否かを適確に判定し得る車両用レーダ装置
に関する。

［発明の技術的背景および問題点］近年のエレクトロニクス技術の発展に伴い、レ
ーダ装置を車両に取り付けることにより車両の進
行方向に存在する先行車や障害物等を検出し、走
行の安全性を確保したり、また先行車との間に安
全車間距離を維持しながら先行車に追従走行でき
るように自車速を制御するものが考えられてい
る。

このような車両用レーダ装置は、例えば光レー
ダ装置を使用して車両前方に光ビームを送出し、
この光ビームの反射体による反射光を受光して前
記光ビームの送出からの前記反射光の受光までの
光伝播遅延時間に基づいて前記反射体までの距離
を検出している（例えば特開昭58−203524）。と
ころで、従来のこのような光レーダ装置は、例え
ば車両の前部に固定的に取り付けられ、送出され
る光ビームは単一ビームであるとともに、その送
出される方向は固定的であるものが多い。このた
め、例えば湾曲路を走行する場合には、その曲率
半径の大きさによつて自車両の走行車線でない隣
接車線等の他車線の車両に光ビームが当り、この
他車線の車両からの反射光を受光してしまうこと
があるわけであるが、このような場合受光した反
射光が自車線を走行している先行車からのもので
あるのかまたは他車線を走行している車両からの
ものであるのか正確に判断することができず、他
車線を走行する車両を自車線を走行する先行車で
あると誤判断してしまうという問題がある。この
ような誤判断は他車線を走行する車両によるだけ
でなく、他車線の片側に存在する路側帯のような
ものによつても誤判断することがある。そして、
このような従来の光レーダ装置を使用して前述し
たごとき先行車に対する自動追従制御または衝突
防止制御などを行なつたものにおいては、上述し
た誤判断により、他車線上の車両または路側帯等
により誤動作し、操作性や安全性を低下させると
いう問題が発生する。

また、湾曲路を先行する場合において、操舵角
から該湾曲路の曲率半径を検出してこの曲率半径
から反射体が自車線上に存在するものであるのか
または他車線上に存在するものであるかを判断す
る方法も考えられるが、操舵角は走行する湾曲路
の曲率半径に完全に比例するものでなく、車両の
大きさ、重量、車速、タイヤの特性、ハンドルの
遊び、路面状況などによつて大きく変化するた
め、操舵角から湾曲路の曲率半径を正確に知るこ
とができない。従つて、このような方法によつて
は反射体が自車線上に存在するものであるのかま
たは他車線上に存在するものであるかを正確に判
断することができず、上記の場合と同様な問題が
発生する。

［発明の目的］この発明は、上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、湾曲路などにおいても反
射体が自車両と同一車線上に存在するか否かを適
確に判定し得る車両用レーダ装置を提供すること
にある。

［発明の概要］上記目的を達成するため、この発明は、第１図
に示すごとく、車両進行方向に対して左右に掃引
しながら電磁波を送出し、送出した電磁波の反射
体による反射波を受信するレーダ手段１と、前記
レーダ手段１における前記電磁波の送出から前記
反射波の受信までの伝播遅延時間に基づき前記反
射体までの距離を算出する距離算出手段３と、前
記レーダ手段１において前記反射体からの反射波
を受信した時の電磁波送出の掃引角度から前記反
射体が存在する車両の所定方向に対する角度を検
出する角度検出手段５と、前記角度の距離に対す
る変化を検出する角度変化検出手段７と、前記反
射体までの距離および前記角度の変化に基づき前
記車両の走行車線に対する前記反射体の位置を判
定する判定手段９とを有することを要旨とする。

［発明の実施例］以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明す
る。

第２図はこの発明の一実施例に係る車両用レー
ダ装置を示すものであり、第３図は第１図の車両
用レーダ装置の要部の信号波形を示すものであ
る。両図において、パルス変調回路１１はパルス
幅Tw、尖頭値数＋アンペア、繰返し周期Tpの
パルス電流ipを発生し、これによりレーザダイオ
ード１３をパルス変調してパルス幅Tw、尖頭値
数ワツトのパルス状レーザ光を発射する。このレ
ーザ光はシリンドリカルレンズ１５により断面が
縦長の楕円形で横方向のビーム広がり角αが数
mrad、縦方向のビーム広がり角βが数＋mradの
光ビームに整形され、光偏向装置１７に入射され
る。光偏向装置１７は、例えば可動ミラー型、電
気光学的、または音響光学的偏向器等で構成さ
れ、車両のたとえば前部に設けられて車両の進行
方向を中心に左右に前記光ビームを掃引するもの
である。この光偏向装置１７の掃引動作は偏向制
御回路２７により制御されており、偏向制御回路
２７はレーザダイオード１３を駆動するパルス変
調回路１１からのパルス電流ipに同期してパルス
変調回路１１から供給される同期信号Stにより制
御されて偏向制御信号Sdを光偏向装置１７に供
給する。その結果、光偏向装置１７は送光ビーム
Ltを車両の進行方向中心軸ｇを中心に左右に最
大掃引角度φ＝200m radの範囲で偏向しながら
車両の進行方向に送出する。そして、送光ビーム
Ltを車両の中心軸ｇと一致した場合の偏向角度
θをOradとすると、送光ビームLtを右方向に最
大限偏向した場合の送光ビームLtrの車両の中心
軸ｇに対する偏向角度θは＋φ／2m radであり、
また左方向に最大限偏向した場合の送光ビームの
Ltlの偏向角度θは−φ／2m radである。このよ
うに車両の中心軸ｇを中心に右方向に最大＋φ／
2m rad、左方向に最大−φ／2m radに偏向角度
φで掃引する動作は、周期が前記パルス電流の繰
返し周期Tpの400倍の周期で第４図に示すように
繰返して行なわれている。なお、パルス変調回路
１１からの同期信号Stは距離検出回路２５にも供
給され、送光ビームLtを送出した時点が距離検
出回路２５にもわかるようになつている。

このようにして光偏向装置１７から左右に掃引
されながら送出される走行ビームLtが例えば先
行車に当つて反射された反射光の一部は伝播遅延
時間τ遅れて第３図に示すように反射光Lrとし
てフレネルレンズ１９により集光され、ピンフオ
トダイオード、アバランシエフフオトダイオード
等からなる受光素子２１に受光されて電気信号に
変換される。受光素子２１の出力信号は微小パル
ス信号であるので、広帯域増幅器２３で増幅され
てエコー信号S₀として距離検出回路２５に供給さ
れている。距離検出回路２５は前記パルス変調回
路１１からから供給された同期信号Stおよびエコ
ー信号S₀に基づき送光ビームLtの送出から反射
光Lrの受光までの光伝播遅延時間τを算出し、
更にこの伝播遅延時間τおよび光速ｃ＝３×
10⁸m／ｓに基づき反射体までの距離Ｌを算出し、
この距離情報Ｌを例えば16ビツトのマイクロコン
ピユータ等からなる情報処理回路２９に供給す
る。また、この反射体を検出した時の前記光偏向
装置１７による送光ビームLtの偏向角情報θも
偏向制御回路２７から情報処理回路２９に供給さ
れている。また更に、車速検出装置２０が設けら
れていて、この車速検出装置２０から自車速Va
が情報処理回路２９に供給されている。そして、
情報処理回路２９はこのようにして供給される距
離情報Ｌ、偏向角情報θおよび自車速Vaに基づ
き反射体が自車線と同一車線上に存在しているも
のであるか否かを判断するようになつている。

第５図はこのようにして自車両Ａの前方の距離
Ｌの所に存在する反射体Orを自車両Ａの前部に
設けられた第２図に示すレーダ装置から送出され
る送光ビームLtにより検出した場合の説明図で
あり、反射体Orは自車両Ａの中心軸ｇに対して
偏向角θ離れた位置に存在している。また、自車
両Ａは自車速Vaで走行している。

次に、上記実施例の作用を説明する前に、自車
両Ａが湾曲路を走行していて先行車が存在してい
る場合において、該先行車が自車両Ａと同一車線
を走行しているか否かを判断するための考え方ま
たは原理について第６図乃至第９図を参照して説
明する。

まず、第６図を参照して先行車Ｂが湾曲路にお
いて自車両Ａと同じ車線上を走行している場合に
ついて説明する。

第６図に示すように、半径Ｒの湾曲路において
自車両Ａと先行車Ｂとは同一車線の部分円弧状の
中心線ｍ上を車間距離Ｌ離れて走行していると
し、自車両Ａの中心軸ｇに対する先行車Ｂの角度
をθとする。また、半径Ｒの部分円弧状の中心線
ｍ、すなわち円ｍの中心点をＯとする。中心軸ｇ
は円ｍの点Ａにおける接線であるので、図におい
てこの接線と点Ｏおよび点Ｂを結んで延長した点
をＰとすると、角度∠PAO＝90゜である。二等辺
三角形△AOBにおいて頂点Ｏから底辺ABに垂線
を下しその交点をＨとすると、角度∠OHA＝90゜
であるから、角度∠AOH＝θである。なぜなら、
θ＋∠OAH＝90゜＝∠AOH＋∠OAHであるから
である。従つて、距離AH＝Ｒ・sinθとなるか
ら、自車両Ａと先行車Ｂとの間の距離Ｌは次式の
ようになる。

Ｌ＝２・AH＝2R×sinθ 従つて、角度θと車間距離Ｌとの関係次式のよう
になる。

Ｌ／2R＝sinθ≒θ ……(1) なぜなら、一般的に角度θ≪１であるからであ
る。

次に、第７図を参照して先行車Ｂが湾曲路にお
いて自車両Ａが走行している車線の隣接車線上を
走行している場合について説明する。

半径Ｒの湾曲路において自車線の中心線ｍ上を
自車両Ａが走行し、隣接車線の中心線ｎ上を先行
車Ｂが走行していて、両車両間の距離はＬとし、
自車両Ａの中心軸ｇに対する先行車Ｂの存在する
角度をθ′とし、更に車線幅をｄとする。中心軸ｇ
は円ｍの点Ａにおける接線であるので角度∠
OAB＝90゜−θである。三角形ΔAOBにおいて余
弦定理を適用すると、次式を得る。

R²＋L²−2RLcos（90゜−θ′）＝（Ｒ＋ｄ）² ……(2) また、cos（90゜−θ′）＝sinθであるから、式(2)を
変
形すると、次式のようになる。

L²−ｄ（2R＋ｄ）＝2RLsinθ′ 通常、車線幅ｄは約3.5m（ｄ3.5m）であり、湾
曲路の半径Ｒは約300m以下（Ｒ300m）である
ので、2R＋ｄ≒2Rと近似して上式は次式のよう
になる。

Ｌ／2R−ｄ／Ｌ≒sinθ′……(3) また、通常車間距離Ｌは約100m以下30m以上
（100mＬ30m）であり、半径Ｒは1000m以下
300m以上（1000mＲ300m）であり、車線幅
ｄは約3.5m（ｄ3.5m）であるとすると、｜
sinθ′｜＜１／６の範囲内でsinθ′≒θ′）と近似で
き
るので、上式(3)から角度θ′と車間距離Ｌとの関係
は次式のようになる。

θ′＝Ｌ／2R−ｄ／Ｌ ……(4) 上式(1)および(4)に示す関係から自車両Ａおよび
先行車Ｂが同一車線上を走行している場合及び先
行車Ｂが自車両Ａが走行している車線の隣接車線
を走行している場合の角度θ，θ′と車間距離Ｌと
の関係をグラフにすると第８図のようになる。こ
の第８図において、直線Lθで示すものが自車両
Ａおよび先行車Ｂが同一車線上を走行している場
合の関係を示し、曲線Lθ′で示すものが先行車Ｂ
が自車両Ａが走行している車線の隣接車線を走行
している場合の関係を示し、又曲線Ldは−ｄ／
Ｌをプロツトしたものである。

また、角度θ，θ′の車間距離Ｌに対する変化
率、すなわち微分値を算出すると、それぞれ次式
のようになる。

同一車線の場合の角度θの距離Ｌに対する変化
は式(1)をＬで微分して dθ／dL＝1/2Ｒ ……(5) 隣接車線の場合の角度θ′の距離Ｌに対する変化は
式(4)をＬで微分して dθ′／dL＝1/2Ｒ＋ｄ／L² ……(6) のようになる。

上式(5)，(6)に示す関係から自車両Ａおよび先行
車Ｂが同一車線上を走行している場合および先行
車Ｂが自車両Ａが走行している車線の隣接車線を
走行している場合の角度θ，θ′の車間距離Ｌに対
する変化と車間距離Ｌとの関係をグラフにすると
第９図のようになる。この第９図において、直線
Dθで示すものが自車両Ａおよび先行車Ｂが同一
車線上を走行している場合の関係を示し、曲線
Dθ′で示すものが先行車Ｂが自車両Ａが走行して
いる車線の隣接車線を走行している場合の関係を
示すものである。

第９図を観察すると、先行車Ｂが自車両Ａと同
一車線上を走行しているかまたは先行車Ｂが自車
両Ａが走行している車線と異なる隣接車線等の他
の車線を走行しているかを判断するための基準と
して次のような結論を得ることができる。

(1) 角度変化dθ／dL、dθ′／dLを算出してその値
を調べれば湾曲路の半径Ｒが不明であつても、
半径Ｒ300m、車間距離Ｌ40mの範囲にお
いては先行車Ｂが同一車線上に存在しているの
かまたは他車線上に存在しているのかを識別し
得る。なお、Ｒ＜300mの急な湾曲路を走行し
ている場合には人間の目でさえも路側物は阻ま
れて走路の前方を十分に見通せない状況とな
り、このような状況下ではレーダの検知能力も
実用上期待できないので、考慮外としている。

(2) 車間距離Ｌ40mの場合でもdθ／dLがほぼ
一定であるか否かによつて先行車Ｂが存在する
車線をほぼ判別し得る。

(3) ビーム掃引型光レーダの場合にはビーム掃引
の分解能が1mrad乃至数mrad程度必要である。

すなわち、先行車Ｂの角度θの距離Ｌに対す
る変化dθ／dLまたは変化dθ／dLの距離Ｌに対
する変化をチエツクすることにより先行車Ｂが
自車両Ａと同一車線上に存在するものであるか
または他車線上に存在するものであるかを適確
に識別し得るのである。

次に、第１０図のフローチヤートを参照して上
記実施例の車線および反射体識別動作を説明す
る。

まず、情報処理回路２９は距離検出回路２５で
検出した反射体までの距離Ｌ、偏向制御回路２７
からの該反射体に対する角度θ、および自車速
Vaを取り込み（ステツプ１１０）、前記距離Ｌか
ら該反射体の自車両に対する相対速度dL／dt、
すなわち距離Ｌの時間微分dL／dtを算出する
（ステツプ１２０）。また、前記角度θおよび距離
Ｌから角度θの距離Ｌに対する変化、すなわち角
度θの距離Ｌによる微分dθ／dLを算出する（ス
テツプ１３０）。次に、距離Ｌが40m以上である
か否かをチエツクする（ステツプ１４０）。これ
は第９図からもわかるように、距離Ｌが40m以下
の場合には角度θの距離微分dθ／dLの値から反
射体が自車両と同一車線上に存在しているかまた
は反射体が自車線以外の他の車線上に存在してい
るかを直接明確に識別し得るからこのステツプを
距離Ｌが40m以上であるか否かをチエツクしてい
るのである。

距離Ｌが40mより小さい場合にはステツプ１５
０に進んで角度の距離微分dθ／dLが2m rad／ｍ
以上であるか否かをチエツクする。すなわち、こ
れも第９図からわかるように、距離Ｌが40mより
小さく、dθ／dLが2m rad／ｍより小さい場合に
は、反射体が自車両と同一車線上に存在している
場合であり、またdθ／dLが2m rad／ｍ以上の場
合には反射体が自車線以外の他の車線上に存在し
ている場合であるからであり、これをこのステツ
プでチエツクしているのである。従つて、このチ
エツクの結果、dθ／dLが2m rad／ｍより小さい
場合には、反射体が少なくとも自車両と同一車線
上を存在している先行車または障害物と判断する
ことができるわけであり、次に反射体が先行車で
あるかまたはは障害物であるかを識別するために
ステツプ１６０に進む。すなわち、ステツプ１６
０においては、反射体の自車両に対する相対速度
dL／dtが自車速Vaに等しいか否かをチエツクす
る。相対速度dL／dtが自車速Vaに等しい場合
は、該検出した反射体は移動していない障害物と
判断することができる（ステツプ１８０）。しか
しながら、相対速度dL／dtが自車速Vaに等しく
ない場合には、該検出した反射体はある速度で走
行している先行車であると判断することができる
（ステツプ１７０）。

また、上記ステツプ１４０におけるチエツクの
結果、距離Ｌが40m以上の場合には、第９図から
もわかるように、反射体が自車両と同一車線上に
存在している場合と反射体が自車線以外の他の車
線上に存在している場合において距離Ｌに対する
dθ／dLはほぼ同じ値になる場合があるが、反射
体が自車両と同一車線上を走行している場合には
dθ／dLはほぼ一定の直線であるので、次のステ
ツプ１９０においてはこの関係、すなわちdθ／
dL一定か否かをチエツクする。これが一定で
ある場合には反射体が自車両と同一車線上に存在
している場合であるので、前記ステツプ１６０に
進んで前述した同じ処理を行なう。しかしなが
ら、dθ／dLが一定でない場合には、反射体が自
車線以外の他の車線上に存在している場合である
と判断し得るので、次のステツプ２００に進む。
また、前記ステツプ１５０におけるチエツクの結
果、dθ／dLが2m rad／ｍ以上の場合には第９図
からもわかるように、反射体が自車線以外の他の
車線上に存在している場合であるので、同様にス
テツプ２００に進む。ステツプ２００において
は、自車線以外の他の車線上に存在している反射
体が先行車であるのかまたは反射体であるのかを
識別するために、前記ステツプ１６０と同様に反
射体の自車両に対する相対速度dL／dtが自車速
Vaに等しいか否かをチエツクする。相対速度
dL／dtが自車速Vaに等しい場合には反射体は路
側に存在する静止物標、すなわち看板、標識、ガ
ードレール、樹木などの路側物標と判断すること
ができる（ステツプ２２０）。また、相対速度
dL／dtが自車速Vaに等しくない場合には反射体
はある速度で走行する先行車と判断することがで
きるのである（ステツプ２１０）。

以上のようにして、本実施例においては反射体
が自車両と同一車線上に存在しているかまたは自
車線以外の他の車線上に存在しているものである
か、また該反射体が先行車であるのかまたは障害
物であるのかまたは路側物標であるのかを適確に
識別することができるのである。そして、本実施
例の装置を適用することにより自車線上を走行す
る先行車に自車両を適確に自動追従させることも
可能であり、また衝突警報装置として自車線上前
方に存在する障害物を確実に検出して衝突回避の
ための警報を発することも可能であり、これらの
実現に当つては路側物、他車線の車両による誤動
作を防止することができるのである。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、レー
ダ手段からの光ビームを掃引しながら反射体まで
の距離および反射体が存在する自車両の所定方向
に対する角度を検出し、この角度の距離に対する
変化に基づいて反射体の位置、すなわち自車線に
対する位置を識別しているので、例えば操舵角に
よつて識別する従来の場合のように種々の影響を
受けることなく、湾曲路を走行する場合において
も適確に反射体が自車線上に存在しているものか
または他の車線上に存在しているものであるかを
識別することができる。また、本発明を例えば自
動追従装置や衝突防止装置等に適用した場合には
誤動作がなく信頼性が高いものを実現でき、走行
の安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図は
この発明の一実施例を示す車両用レーダ装置の構
成図、第３図は第２図の装置の要部の信号波形
図、第４図は第２図の装置の送光ビームの偏向角
θの変化を示す図、第５図は第２図の装置におけ
る自車両、反射体、送光ビーム等の関係を示す説
明図、第６図および第７図はそれぞれ自車両と先
行車が同一車線および隣接車線を走行する場合の
説明図、第８図は距離Ｌに対する偏向角θを示す
グラフ、第９図は距離Ｌに対する偏向角θの変化
率dθ／dL，dθ′／dLを示すグラフ、第１０図は第
２図の装置の作用を示すフローチヤートである。１１……パルス変調回路、１３……レーザダイ
オード、１７……光偏向装置、２１……受光素
子、２５……距離検出回路、２７……偏向制御回
路、２９……情報処理回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１車両進行方向に対して左右に掃引しながら電
磁波を送出し、送出した電磁波の反射体による反
射波を受信するレーダ手段と、前記レーダ手段に
おける前記電磁波の送出から前記反射波の受信ま
での伝播遅延時間に基づき前記反射体までの距離
を算出する距離算出手段と、前記レーダ手段にお
いて前記反射体からの反射波を受信した時の電磁
波送出の掃引角度から前記反射体が存在する車両
の所定方向に対する角度を検出する角度検出手段
と、前記角度の距離に対する変化を検出する角度
変化検出手段と、前記反射体までの距離および前
記角度の距離に対する変化に基づき前記車両の走
行車線に対する前記反射体の位置を判定する判定
手段とを有することを特徴とする車両用レーダ装
置。