センサを用いた追突事故防止装置

【課題】速度のみが検出可能な非接触式のミリ波センサの出力情報のみで、追突事故を防止するために運転手に警報を与えるシステムを比較的安価に提供する。
【解決手段】複数のミリ波センサにより、同一方向の目標物との相対速度が測定可能な構成となっていて、かつ各々のミリ波センサの検出範囲を異なるものとし、最も遠くから検出できるミリ波センサから順に判定用の速度閾値を小さくなるようにあらかじめ設定し、各々のミリ波センサで計測した速度がそれぞれ設定された閾値以上であるか判定し、閾値以上であった場合には追突する可能性があると判定するように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波帯あるいは準ミリ波帯の電磁波を先行車両や追い抜き車両，歩行者，障害物などの計測対象となる対象物に向けて放射し、反射波の周波数変化量を計測して相対速度を検出するミリ波センサを利用した主に自動車向けの追突事故防止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の周囲の状況をセンシングし、交通事故発生のリスクを事前に判定して、このリスクを小さくするためのシステムが適用されつつある。このうち、自車前方の車両や障害物を検知し、衝突を予測してシートベルトの巻き取りや非常ブレーキの動作を行うプリクラッシュセーフティ等の制御を行うための車載用レーダシステムが実現されている。車載用レーダシステムとしては、レーザレーダとミリ波レーダが一般的に知られているが、なかでもミリ波レーダは、雨や霧の状態でも安定して対象物を検知することができ、全天候型のセンサとして期待されている。
【０００３】
ミリ波レーダは対象物までの距離や方向，相対速度の計測を行うことが可能であり、各種の方式がある。例えば、２つの周波数を切り換える２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式や、送信周波数に三角変調を施すＦＭＣＷ方式（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などが知られている（例えば、特許文献１，特許文献２を参考）。
【０００４】
一方で、ミリ波の連続波を放射して車や障害物，道路などの対象物からの反射波を受信し、周波数変化量を検出して対象物との相対速度を測定する単純な速度センサ（以下、ミリ波センサと呼ぶ）も知られている（例えば、特許文献３を参考）。これは、例えば対地との速度を非接触で測定するセンサとして用いられている。
【０００５】
特許文献１や２に開示された技術を用いて、追突事故を防止するシステムを構築する場合、対象物からの距離を検出するために周波数切り換えや変調が必要であるなど、送信回路が複雑となり、また受信波形の解析も複雑となるため処理回路も複雑となり、結果としてコストが高くなる。一方で、特許文献３に開示されたミリ波センサの技術では、計測可能な物理量が相対速度のみである。追突しそうかどうかの判定のためには、対象物との相対速度だけでなく距離の情報が不可欠であるため、このミリ波センサから得られる速度情報のみでは追突事故のリスク判定が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ０１／０５５７４５号公報
【特許文献２】特開平１１−１３３１４３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ミリ波センサを利用し、追突事故を防止するために運転手に警報を与えるシステムを比較的安価に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、ミリ波帯あるいは準ミリ波帯の電磁波を特定方面に向けて放射し、対象物からの反射波の周波数変化量を計測して対象物の相対速度を検出することが可能な複数のミリ波センサから構成され、かつ各々のミリ波センサの検出範囲を異なるものとし、最も遠くから検出できるミリ波センサから順に判定用の速度閾値を小さくなるようにあらかじめ設定し、各々のミリ波センサで計測した速度がそれぞれ設定された閾値以上であるか判定し、閾値以上であった場合には追突する可能性があると判定するように構成したことを主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、追突事故を防止するために運転手に警報を与えるシステムを比較的安価に構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る追突事故防止警報装置における概略構成と検出方法の一例。
【図２】本発明に係る追突事故防止警報装置に用いるセンサ部の実装の一例。
【図３】本発明に係る追突事故防止警報装置に用いるセンサ部の基本回路の一例。
【図４】本発明に係る追突事故防止警報装置におけるブロック図の一例。
【図５】本発明に係る追突事故防止警報装置における判定フローチャートの一例。
【図６】本発明に係る追突事故防止警報装置に用いるセンサ部における実装の別の一例。
【図７】本発明に係る追突事故防止警報装置に用いるセンサ部における実装の別の一例。
【図８】本発明に係る追突事故防止警報装置における概略構成と検出方法の別の一例。
【図９】本発明に係る追突事故防止警報装置における概略構成と検出方法の別の一例。
【図１０】本発明に係る追突事故防止警報装置におけるブロック図の別の一例。
【図１１】本発明に係る追突事故防止警報装置における概略構成と検出方法の別の一例。
【図１２】本発明に係る追突事故防止警報装置における判定フローチャートの一例。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１から図５を用いて、追突事故防止警報装置の構成について説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る追突事故防止警報装置の概略構成と検出方法の一例を示す図である。自車Ｃには追突事故防止警報装置１が自車Ｃの前方に配置される。追突事故防止警報装置１には、速度検出の対象となる先行車両ＴＣとの相対速度を検出するミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが搭載されている。なお、本発明における追突事故防止警報装置において、ミリ波センサの数量は図１に示すような３個に限定されるものではない。このミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、１０ＧＨｚ以上のミリ波帯あるいは準ミリ波帯の連続波を特定方面に向けて放射し、その特定方面に放射された連続波を反射する先行車両ＴＣが存在すれば、その反射波の周波数変化（ドップラーシフト）を検出して、自車Ｃと先行車両ＴＣとの相対速度を測定するセンサである。それぞれのミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける先行車両ＴＣの相対速度が検出可能な範囲は、ビーム範囲Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃで示されている。ビームの照射方向を垂直面内で変えることにより、検出可能な範囲はミリ波センサ１０Ａが最も遠く、ミリ波センサ１０Ｃが最も短くなっている。図１の例ではミリ波センサ１０Ａのみが、先行車両ＴＣからの反射波がミリ波センサ１０Ａに戻り、速度計測が可能な状況を示している。
【００１３】
図２にミリ波センサ１０の断面図の一例を示す。本実施例では、ミリ波帯の連続波の送信と受信は、同一の半導体基板上に形成された１チップのＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）１０３で行っている。このＭＭＩＣ１０３は樹脂パッケージ１０１内に実装されている。ＭＭＩＣ１０３とミリ波センサ１０外の回路との接続は、ＭＭＩＣ１０３の電極パッドとミリ波センサ１０の外周に固定された接続ピン１１５を介してワイヤ１１６で接続される。
【００１４】
本実施例では、ＭＭＩＣ１０３表面上に送受信兼用のマイクロストリップパッチアンテナによる平面アンテナがあり、その上部の樹脂パッケージ１０１上に、樹脂パッケージ１０１と別に用意された誘電体レンズ１０２を装着している。アンテナ素子を１個とし、ミリ波を集束することによって、チップ面積の縮小、即ち、コストの低減を行っている。
【００１５】
図３は、本実施例におけるＭＭＩＣ１０３に形成される回路の等価回路図の一例を示している。本実施例では、送信信号を生成するための発振器と混合器に入力する局部信号発生器に異なる周波数の発振器を用いる。発振器１３４で生成された高周波信号は増幅器１１０で増幅された後、アイソレータ１１９を介してアンテナ１３９からミリ波となって放射される。ここで速度検出の対象となる先行車両ＴＣがあると、ミリ波は反射する。この反射したミリ波は自車Ｃと先行車両ＴＣとの相対速度によりドップラーシフトしてアンテナ１３９に入射する。アンテナ１３９により受信された信号は、アイソレータ１１９を介して、低雑音増幅器１１３により増幅され、混合器１１２で局部信号発生器１３５と混合されて、ＩＦ信号が生成される。
【００１６】
図４は、本実施例における信号処理の流れと、それを構成する各機能ブロックの一例を示している。ミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからそれぞれ出力されたアナログ信号は、信号処理装置１２２内のＡ／Ｄコンバータ１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃに入力される。Ａ／Ｄコンバータ１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃにおいて、変換されたディジタル信号は信号処理１１９Ａ，１１９Ｂ，１１９Ｃに入力され、デジタルフィルタリング処理やＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）などの信号処理を行い時間領域の信号から周波数領域の信号に変換した後、ピーク検出処理１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃにおいて信号スペクトルの中から先行車両ＴＣからの反射信号に相当する信号スペクトルを検出する。先行車両ＴＣが検出された場合、検出された信号から、計算処理１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃにおいて、先行車両ＴＣと自車Ｃとの相対速度を計算する。得られた相対速度は判定処理１２へ入力される。判定処理１２では、各々のミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより得られた相対速度情報から、基本的には図５に示すフローチャートにより追突する危険性があるか判定する。まず始めに、ステップＳ１において、ミリ波センサ１０Ａで検出された相対速度ＶＡが閾値Ｖth（Ａ）よりも大きいか判定する。大きいと判定された場合、ステップＳ４に移行し、判定処理１２から伝達手段１４に信号を送信し、伝達手段１４により運転手に注意を促す。大きくないと判定された場合、ステップＳ２に移行し、ステップＳ１と同様に、ミリ波センサ１０Ｂで検出された相対速度ＶＢが閾値Ｖth（Ｂ）よりも大きいか判定する。なお、閾値Ｖth（Ｂ）はＶth（Ａ）よりも小さく設定する。ステップＳ２で大きいと判定された場合、ステップＳ４に移行して運転手に注意を促し、そうでない場合はステップＳ３に移行する。ステップＳ３に移行した場合、ステップＳ１と同様に、ミリ波センサ１０Ｃで検出された相対速度ＶＣが閾値Ｖth（Ｃ）よりも大きいか判定する。なお、閾値Ｖth（Ｃ）はＶth（Ｂ）よりも小さく設定する。ステップＳ３で大きいと判定された場合、ステップＳ４に移行し、そうでない場合は処理を終了する。なお、必要に応じて、信号線２０を介し車輪速センサから得られる速度，ブレーキの踏み具合，アクセル開度，ステアリング角，加速度センサにより得られる加速度，角速度センサにより得られる角速度，ウインカーの稼動状況など、自車Ｃから得られる情報を加味して総合的に判定し、追突する可能性があるか判定してもよい。また、各々のミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの先行車両ＴＣの検出からの時間経過と計測された相対速度の推移から、先行車両ＴＣと自車Ｃの距離を推定し、追突する可能性があるか判定しても良い。この場合、ミリ波センサが１つでも距離の推定が可能となる。
【００１７】
なお、図４では各ミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの方向を変えて配置してあるが、他の例として、図６に示すように各々のミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを１枚の基板１５０上に配置し、プリズム形状の誘電体部材１６０を各ミリ波センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの前方に配置してミリ波のビーム方向を曲げる手段をとっても良い。また、図７に示すように複数のＭＭＩＣ１０３Ａ〜Ｃを１つの樹脂パッケージ１０１Ａに配置し、プリズム形状の誘電体部材１６１を樹脂パッケージ１０１Ａの前方に配置して、ミリ波のビーム方向を曲げる手段をとっても良い。
【００１８】
さらには、例えば図８に示す追突事故防止警報装置３のようにミリ波センサ１０Ｄのビーム方向と道路となす角を大きくすると、ミリ波センサ１０Ｄから放射したミリ波は道路から反射して再びミリ波センサ１０Ｄに戻ってくるようになる。この場合、対地との速度を検知できるだけでなく、前方車両との速度差があって近づいている場合には、速度と同時に相対速度も計測可能であり、追突する可能性があるか判定することが可能である。
【００１９】
以上の方法により、ミリ波レーダと比較して距離測定精度は劣るものの、運転手に追突の可能性が高い場合に注意を与えるのに十分な自動車の追突事故防止警報装置を安価に実現できる。
【００２０】
次に図９と図１０を用いて、本発明に係る追突事故防止警報装置における構成と検出方法の別の一例を示す。この追突事故防止警報装置２は図１と同様のミリ波センサ１０を１個に、超音波式の距離センサ３０を追加した構成となっている。ミリ波センサ１０は図１と同様にビーム範囲Ｂに先行車両ＴＣが存在すれば、その相対速度を検出する。また、距離センサ３０はパルス上の超音波をビーム範囲Ｕに放射しその範囲内に放射された超音波を反射する先行車両ＴＣが存在すれば、先行車両ＴＣから反射して戻ってくるまでの伝搬時間を計測し、距離に換算する。なお、ビーム範囲Ｂとビーム範囲Ｕは同じ方向であり、また、ほぼ同じ検出距離となっている。また、同じ距離でも超音波の伝搬時間は空気温度，風，自車ＣＵや先行車両ＴＣの速度により変わり誤差となる。ただし、空気温度は図示しないサーミスタなどにより、自車ＣＵの速度は自車ＣＵの図示しない車輪速センサなどにより、先行車両ＴＣと自車ＣＵの相対速度はミリ波センサ１０によりそれぞれ計測可能であるので、それぞれの要因による距離計測の補正は可能である。
【００２１】
図１０は、本実施例における信号処理の流れと、それを構成する各機能ブロックとを示している。ミリ波センサ１０から出力されたアナログ信号は、図４と同様に処理され、判定処理１３へ入力される。距離センサ３０からは超音波パルスの送信タイミングと受信タイミングが出力され、タイマ１３３により時間差を求め、計算処理１３４により距離に換算され判定処理１３へ入力される。判定処理１３では、先行車両ＴＣとの相対速度と距離、また、必要に応じて、信号線２０を介して得られる車両情報を加味して、追突する可能性があるか判定する。
【００２２】
以上の方法により、本実施例においても、運転手に追突の可能性が高い場合に注意を与えるのに十分な自動車の追突事故防止警報装置を安価に実現できる。
【００２３】
次に、図１１と図１２を用いて、本発明に係る追突事故防止警報装置における構成の別の一例を示す。この追突事故防止警報装置５は主に自車ＣＡの隣接車線から追い抜く車両、または後方から近づいてくる車両を検知する場合に用いる。隣接車線から追い抜く車両を検知する場合を例にとって説明する。追突事故防止警報装置５は、例えばドアミラーに内蔵され、速度検出の対象となる車両ＴＢとの相対速度を検出するミリ波センサ１０Ｅ，１０Ｆ、ならびに、自車Ｃの速度を測定するミリ波センサ１０Ｇが搭載されている。ミリ波センサ１０Ｅ，１０Ｆのミリ波のビーム範囲はそれぞれ後方Ｂｅ，後下方Ｂｆにあり、後方の隣接車線から近づいてくる車両ＴＢを検出する。また、自車Ｃの速度を検知するミリ波センサ１０Ｇのミリ波のビーム範囲はＢｇである。本実施例においては、例えば図１２に示すフローチャートにより、自車ＣＡが車線変更すると後方から近づく追い抜き車両に追突される危険性があるかどうか判定する。まず、始めにステップＳ１１においてミリ波センサ１０Ｇにより測定された自車ＣＡの速度が一定値以上であるか判定する。一定値以下の場合は車線変更か交差点での右左折か判別が難しいため判定を行わずに終了する。次にステップＳ１２においてウインカーの稼動状態を判定する。一定値速度以上でウインカーが稼動すれば車線変更と判断できる。次にステップＳ１３において、ミリ波センサ１０Ｅで検出された相対速度ＶＥが閾値Ｖth（Ｅ）よりも大きいか判定する。大きいと判定された場合、ステップＳ１５に移行し、判定処理１３から伝達手段１４に信号を送信し、伝達手段１４により運転手へ車線変更しないように注意を促す。大きくないと判定された場合、ステップＳ１４に移行し、ステップＳ１３と同様に、ミリ波センサ１０Ｆで検出された相対速度ＶＦが閾値Ｖth（Ｆ）よりも大きいか判定する。なお、閾値Ｖth（Ｆ）はＶth（Ｅ）よりも小さく設定する。ステップＳ１４で大きいと判定された場合、ステップＳ１５に移行し、そうでない場合は処理を終了する。
【００２４】
以上の方法により、本実施例においても、運転手に追突の可能性が高い場合に注意を与えるのに十分な自動車の追突事故防止警報装置を安価に実現できる。
【符号の説明】
【００２５】
１，２，３，５追突事故防止警報装置
１０ミリ波センサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波帯あるいは準ミリ波帯の電磁波を特定方面に向けて放射し、対象物からの反射波の周波数変化量を計測して前記対象物の相対速度を検出することが可能な複数のミリ波センサから構成され、
前記ミリ波センサの前記対象物の検出可能範囲を各々異なるものとし、
最も遠くから検出できる前記ミリ波センサから順に判定用の速度閾値を小さくなるようにあらかじめ設定し、
各々の前記ミリ波センサで計測した速度がそれぞれ設定された閾値以上であるか判定し、閾値以上であった場合には追突する危険があると判定するように構成したことを特徴とするセンサを用いた追突事故防止装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のミリ波センサのビーム方向を各々変えることにより、
各々の前記ミリ波センサによる前記対象物の検出範囲を変更していることを特徴とするセンサを用いた追突事故防止装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記複数のミリ波センサのうちひとつを対地との速度測定に用いるように構成したことを特徴とするセンサを用いた追突事故防止装置。
【請求項４】
ミリ波帯あるいは準ミリ波帯の電磁波を特定方面に向けて放射し、対象物からの反射波の周波数変化量を計測して前記対象物の相対速度を検出することが可能なミリ波センサと、
超音波を前記特定方面に向けて放射し前記対象物からの反射波の伝播時間を計測して前記対象物との距離を検出する距離センサとを用い、
前記測定された速度と距離の関係から追突の可能性の判定を行うように構成したことを特徴とするセンサを用いた追突事故防止装置。

【図１】