レーダ装置
【課題】低速走行時に走査角度範囲を広角化しても、車載用レーダ装置の冷却効率の低下を防止する。
【解決手段】車両レーダ装置において、所定の走査角度範囲で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを備えることにより、低速走行時に広角を走査しても信号処理量を低減できるので、信号処理装置の温度上昇を防止できる。
【解決手段】車両レーダ装置において、所定の走査角度範囲で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを備えることにより、低速走行時に広角を走査しても信号処理量を低減できるので、信号処理装置の温度上昇を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるレーダ装置に関し、特に、車両の走行状態に応じて目標物体を検出する角度範囲を切り替えるレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載したレーダ装置を用いて先行車両を検出し、所定の車間距離で追従走行する車両制御システムが知られている。かかるシステムにおいては、自車線上の先行車両を追従対象として検出するが、隣接車線から割り込む車両があると、追従対象が変化する。追従対象の変化に迅速に対応するためには、ある程度早い時点で近隣の車両を検出することが望まれる。よって、レーダ装置は左右方向に一定程度広がりのある範囲を走査する。
【０００３】
走査すべき左右方向の幅を一定としたとき、その幅に対応する走査角度範囲は検出しようとする目標物体までの距離に応じて変化する。例えば、遠距離にある車両を検出しようとする場合には、走査角度範囲は相対的に狭角になり、反対に、近距離にある車両を検出しようとする場合には、走査角度範囲は相対的に広角になる。
【０００４】
一方、追従対象となる先行車両までの距離は、自車両の走行速度により変化する。例えば、自車両が高速走行中は、遠距離の先行車両を追従対象として、広い車間距離を保つ制御が行われる。反対に、例えば渋滞時の低速走行中は、近距離の先行車両を追従対象として、狭い車間距離を保つ制御が行われる。
【０００５】
こうしたことから、自車両の走行速度に応じて走査角度範囲を変更することで、左右方向における一定範囲内で追従対象を検出する方法が提案されている。かかるレーダ装置の例が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２４８０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機械走査方式のレーダ装置の場合、アンテナを回動させながらレーダ信号を送受信することで所望の走査確度範囲を走査する。よって、アンテナの回動角度範囲を変化させることで、走査角度範囲を変化することができる。
【０００７】
ここで、機械走査方式のレーダ装置は、所定の単位角度ごとに送受信信号を処理し、目標物体からの反射信号を検出する。そして、反射信号が得られた単位角度に基づいて、目標物体の方位角等を検出する。
【０００８】
すると、低速走行時に走査角度範囲を広角化するためにアンテナの回動角度範囲を広角化すると、それにつれて信号処理を行う単位角度の数が増加するので、信号処理装置の負荷が大きくなり、回路素子の温度が上昇する。この点、車載用レーダ装置はフロントグリル内などの走行風を受ける箇所に設置され、走行風を利用して冷却される。しかし、低速走行時には走行風が少なくなるので、冷却効率が低下する。すると、信号処理装置の誤動作や回路素子の損傷のおそれがある。かといって、冷却用のファンなどを設けることは、設置スペースやコストの制約から困難である。
【０００９】
そこで、上記問題に鑑みてなされた本発明の目的は、低速走行時に走査角度範囲を広角化しても、冷却効率の低下を防止する車載用レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面におけるレーダ装置は、車両に搭載されるレーダ装置であって、所定の走査角度範囲内で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記側面の好ましい態様によれば、前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信し、前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出することを特徴とする。
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面におけるレーダ装置は、車両に搭載されるレーダ装置であって、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記第１、第２の走査角度範囲内で送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有し、前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させる送信電力制御手段をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の側面によれば、目標物体検出手段は、高速走行するときの狭角な走査角度範囲内では小さい単位角度、低速走行するときの広角な走査角度範囲内では広い単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出するので、広角な走査角度範囲における信号処理量を減らすことができ、走行風が少ない低速走行時であってもレーダ装置の温度上昇を抑制できる。また、低速走行時には近距離の目標物体を検出するので、大きい単位角度ごとに送受信信号を処理したとしても、目標物体の反射断面積の単位量あたりに処理される反射信号の数は遠距離の場合と変わらない。よって、目標物体の検出精度低下を防止できる。
【００１４】
上記の好ましい態様によれば、前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信するので、走査角度範囲ごとにレーダ信号を送受信する角度単位を変更することなく、同じ制御動作でレーダ信号を送受信できる。そして、前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出するので、信号処理量を低減でき、レーダ装置の温度上昇を抑制できる。
【００１５】
上記第２の側面によれば、送信電力制御手段は、前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させるので、低速走行するときに検出範囲を広角化しても、レーダ信号の送受信にかかる消費電力を削減することでレーダ装置の温度上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１７】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両１のフロントグリルに設けられるレドームを透過してレーダ信号を送受信し、車両前方の走査角度範囲αをレーダ信号で走査する。レーダ装置１０が先行車両を検出すると、先行車両の情報は車両１の車両制御システム（図示省略）に供給される。そして、車両制御システムが車両１を加減速することで、車両１は所定の車間距離で先行車両に追従走行する。
【００１８】
また、レーダ装置１０は、フロントグリルを介して走行風を受けるように設置される。よって、レーダ装置１０が動作することでその内部の信号処理装置の温度が上昇しても、走行風により冷却される。
【００１９】
図２は、レーダ装置１０の走査角度範囲を示す平面図である。レーダ装置１０は、先行車両や割り込み車両を検出するために、左右方向に一定の幅Ｗ（例えば平均的な車線幅＋１〜２メートル）の範囲を走査する。ここで、車両１が高速走行するときは、遠距離の先行車両２ａや割り込み車両３ａを検出する。このとき、前記一定幅Ｗは走査角度範囲βに対応する。よって、レーダ装置１０は、比較的狭い走査角度範囲β内で目標物体を検出する。一方、車両１が低速走行するとき（例えば渋滞時）は、近距離の先行車両２ｂや割り込み車両３ｂを検出する。このとき、前記一定幅Ｗは走査角度範囲αに対応する。よって、レーダ装置１０は、比較的広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する。
【００２０】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。レーダ装置１０は、アンテナ１２を回動させることで図１に示した走査角度範囲α内をレーダ信号で走査する、機械走査方式のレーダ装置である。レーダ装置１０は、アンテナ１２を駆動させるモータ３０とモータ３０の駆動回路２８とを備えるとともにアンテナ１２にレーダ信号を送受信させて送受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機１０ａと、ビート信号を処理して目標物体を検出する信号処理装置１４とを有する。
【００２１】
まず、レーダ信号送受信機１０ａの各部について説明する。アンテナ１２には、レーダ信号を送信する送信アンテナ素子１２Ｔと、物体により反射された反射信号を受信する受信アンテナ素子１２Ｒとが設けられる。送信アンテナ素子１２Ｔは、アンテナパターンに応じたビーム幅のレーダ信号を形成して、アンテナ１２の前方に送出する。
【００２２】
モータ３０は、不図示のクランクによりアンテナ１２と連結され、アンテナ１２を走査角度範囲α内で往復して回動させる。このとき、駆動回路２８は、信号処理装置１４からの指示信号に応答してモータ３０に駆動信号を入力する。また、エンコーダ３２は、アンテナ１２の回動角度に対応したパルス信号を信号処理装置１４に入力する。このパルス信号から、アンテナ１２の回動角度が検出される。
【００２３】
変調信号生成部１６は、信号処理装置１４からの指示信号に応答して、三角波状の周波数変調信号を生成し、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８に入力する。するとＶＣＯ１８は、三角波の上昇区間で周波数が漸増し、三角波の下降区間で周波数が漸減する周波数変調が施されたミリ波長の送信信号Ｓｔを出力する。そして分配器２０が送信信号Ｓｔを電力分配し、その一部Ｓｔを送信電力増幅器４０に入力する。そして、送信電力増幅器４０は、送信信号Ｓｔを増幅して送信用アンテナ素子１２Ｔに出力する。
【００２４】
送信電力増幅器４０は、ＦＥＴを能動素子とする多段アンプ４０ａを備える。各アンプは、ソースに入力された信号を、ゲート電圧、ドレイン電圧により増幅してドレインから出力することで、送信信号Ｓｔを多段式に増幅する。また、送信電力増幅器４０は、信号処理装置１４からの指示信号に応答して送信電力を制御する。具体的には、送信電力増幅器４０は、後段のアンプへのドレイン電圧を接断する機能を備え、ドレイン電圧を接断することで送信電力を増減させる。
【００２５】
ミキサ２２は、受信信号Ｓｒと、電力分配された送信信号Ｓｔの一部とを混合して、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒの周波数差に対応する周波数のビート信号Ｓｂを生成する。そしてＡ／Ｄ変換器２４がビート信号Ｓｂをサンプリングしてデジタルデータに変換する。
【００２６】
デジタルデータは、信号処理装置１４に取り込まれる。また、信号処理装置１４には、車両１の車速センサが取得した走行速度が入力される。
【００２７】
ここで、信号処理装置１４の構成について説明する。信号処理装置１４は、ビート信号Ｓｂのデジタルデータに対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置を有する。この演算処理装置が、ＦＦＴ手段１４ａに対応する。さらに、信号処理装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムや制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵが各種データを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する周知のマイクロコンピュータを有する。そして、このマイクロコンピュータがレーダ送受信機１０ａの制御と、ＦＦＴされたビート信号の処理を行う。すなわち、変調信号生成部１６に対する周波数変調の指示や送信電力増幅器４０に対する送信電力増減の指示を行う送受信制御手段１４ｂ、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段１４ｃ、及び、ビート信号を処理して前記目標物体を検出する目標物体検出手段１４ｄは、それぞれの動作手順を記述したプログラムと、それに従って動作するＣＰＵにより構成される。ここで、目標物体検出手段１４ｄは、目標物体の方位角、相対速度、相対距離を検出する。
【００２８】
検出されたこれらの情報は、図示を省略する車両側の制御装置に出力される。車両側の制御装置は、目標物体の情報に基づいて車両１のブレーキやスロットルといった各種アクチュエータを制御し、車両１を先行車両に追従走行させる。
【００２９】
ここで、図４〜図６を用いて、レーダ装置１０の動作について説明する。なお、説明の便宜上、まずレーダ装置１０が走査角度範囲αを走査する場合に限定して、レーダ装置１０の基本動作を説明する。
【００３０】
図４（Ａ）は、送信信号Ｓｔの時間に対する周波数変化を説明する図である。変調信号生成部１６は周波数ｆｍの三角波状の周波数変調信号生成し、ＶＣＯ１８がこれに従って周波数変調した送信信号Ｓｔを生成するので、送信信号Ｓｔの周波数は、周期１／ｆｍ、周波数偏移幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で直線的な上昇と下降とを反復する。以下では、周波数が上昇する期間ＵＰをアップ期間、周波数が下降する期間ＤＮをダウン期間という。
【００３１】
図４（Ｂ）は、アンテナ１２の回動角度と、送信信号Ｓｔの周波数変化の対応関係を示す図である。アンテナ１２が角度範囲αを往復して回動するとき（レーダ装置１０の前方正面を０度とする）、単位角度θにつき１対のアップ期間とダウン期間とが対応するように、アンテナ１２の回動と送信信号Ｓｔの周波数変調が同期される。そして、目標物体が存在する単位角度においては、アンテナ１２により反射信号が受信される。
【００３２】
以下では、１対のアップ期間とダウン期間での送受信信号を総称して１本のビームという。よって、レーダ装置１０は、単位角度θごとに、１本のビームを得る。
【００３３】
図５は、目標物体からの反射信号を受信したときの受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとの対応関係を示す図である。各信号について、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）を示す。実線で示す送信信号Ｓｔの周波数に対し、破線で示す受信信号Ｓｒの周波数は、目標物体との相対距離による遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラ効果による周波数偏移ΔＤを受ける。その結果、アップ期間では周波数ｆｕ、ダウン期間では周波数ｆｄの周波数差が生じる。
【００３４】
よって、両者を混合して得られるビート信号Ｓｂの周波数は、図５の下段に示すように変化する。すなわち、１本のビームを処理することで、１対のアップ期間のビート信号の周波数ｆｕと、ダウン期間のビート信号の周波数ｆｄが得られる。そして、これらの周波数からは、次の公知の数式により、目標物体の相対速度Ｖと相対距離Ｒが得られる。ただし、ｆｕはアップ期間のビート信号の周波数、ｆｄはダウン期間のビート信号の周波数であり、Ｃは光速、ｆｍは三角波の周波数、ｆ０は送信信号Ｓｔの中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００３５】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）
図４、図５で示したように、レーダ装置１０は、走査角度範囲αを走査することで、目標物体が存在する単位角度においては目標物体の相対速度と相対距離とを反映した周波数の反射信号を受信する。そして、目標物体が存在する単位角度においては、他の単位角度より強いレベルの受信信号が得られる。
【００３６】
よって、信号処理装置１４は、走査角度範囲α内の単位角度ごとのビームから生成されるビート信号を解析することで、その強度の分布から目標物体が存在する方位角を求めることができ、周波数からは目標物体の相対距離、相対速度を求めることができる。
【００３７】
図６は、信号処理装置１４の基本的な動作手順を示すフローチャート図である。図６の手順は、レーダ送受信機１０ａが走査角度範囲αをレーダ信号により１回走査するごとに実行される。
【００３８】
送受信制御手段１４ｂは、変調信号生成部１６に変調信号の出力を指示し、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を送信させる（Ｓ１０）。
【００３９】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、ビームごとのビート信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトラムを検出する（Ｓ２０）。
【００４０】
そして、目標物体検出手段１４ｄが、走査角度範囲αにおいて信号レベルが極大値を形成する角度を目標物体の方位角として検出する（Ｓ３０）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、アップ期間で検出した方位角とダウン期間で検出した方位角とが近似するビート信号の対を対応付けする（Ｓ４０）。そして、対応付けされたビート信号のアップ期間の周波数とダウン期間の周波数を用いて、目標物体の相対速度、相対距離を求める（Ｓ５０）。そして、検出結果の履歴接続に基づいて出力可否を判断し（Ｓ６０）、出力可と判断した目標物体の情報を車両側の制御システムに出力する（Ｓ７０）。
【００４１】
ここで、上述したレーダ装置１０の基本的な動作に基づき、本実施形態におけるレーダ装置１０の動作について説明する。
【００４２】
レーダ装置１０は、車両１の追従対象を検出するために走査を行うが、図２で示したように、追従対象となる先行車両の距離と走査角度範囲は、車両１の走行速度により異なる。すなわち、車両１が高速走行するときは、遠距離の先行車両や割り込み車両を検出するために比較的狭い走査角度範囲β内で目標物体を検出し、一方、車両１が低速走行するとき（例えば渋滞時）は、近距離の先行車両や割り込み車両を検出するために、比較的広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する。
【００４３】
このとき、信号処理装置１４が走査角度範囲αの全ビームに対し上述した処理を行うと、処理負荷の増加に伴い回路素子の温度が上昇する。レーダ装置１０は、車両１の走行風により冷却されるが、低速走行時には走行風が少ないため、冷却効率が悪くなる。すると、信号処理装置１４が誤動作したり、回路素子が損傷したりする。よって、本実施形態では、低速走行時には信号処理装置１４の処理負荷を軽減させることにより温度上昇を抑え、かかる問題を解決する。
【００４４】
図７は、本実施形態の第１の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。図７の手順は、図６で示した手順Ｓ２０からＳ５０を代替するものである。また、図８は、信号処理装置１４が処理するビームを示す図である。図８には、単位角度θごとのビームが実線または点線で示される。
【００４５】
まず、図７に示すように、走行速度検出手段１４ｂは、車両１の走行速度を車速センサから取得する（Ｓ１２）。そして、走行速度が基準値以上、すなわち高速走行のときには（Ｓ１４のＹＥＳ）、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲β内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ａ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲β内で方位角検出処理（Ｓ３０ａ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ａ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ａ）を行う。このとき、図８に示すように、走査角度範囲β内の単位角度θごとの全ビームｂｍ＿βに対して、これらの処理を行う。
【００４６】
一方、走行速度が基準値未満、すなわち低速走行のときには（Ｓ１４のＮＯ）、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲α内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ｂ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲α内で方位角検出処理（Ｓ３０ｂ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ｂ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ｂ）を行う。このとき、図８に示すように、走査角度範囲α内の単位角度２θごとのビームｂｍ＿α（実線で表示）に対して、これらの処理を行う。すなわち、ビーム本数を間引いて処理を行う。
【００４７】
すなわち、第１の実施例では、高速走行時、低速走行時ともに、レーダ装置１０は、走査角度範囲αの全単位角度においてビームを送受信し、信号処理装置１４が処理するときに上記手順に従い処理するビーム本数を変化させる。そうすることで、広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する際に、信号処理装置１４の処理負荷を軽減できる。よって、低速走行時に走行風が少ない場合であっても、信号処理装置１４の温度上昇を抑えることができ、冷却効率が低下することによる誤動作や損傷を防ぐことができる。
【００４８】
また、低速走行時には近距離の目標物体Ｔαを検出するので、大きい単位角度（２θ）ごとに送受信信号を処理したとしても、目標物体の反射断面積の単位量あたりに処理される反射信号の数は、遠距離にある同サイズの目標物体Ｔβの場合と変わらない。よって、目標物体の検出精度低下を防止できる。
【００４９】
なお、変調信号生成部１６が変調信号の周期を走行速度に応じて変化させることで、高速走行時には走査角度範囲βにおいて単位角度θごとにビームを送受信し、低速走行時には走査角度範囲αにおいて単位角度２θごとにビームを送受信してもよい。その場合でも、結果的に信号処理装置１４の処理負荷を軽減できるので、上記同様の作用効果を奏することができる。
【００５０】
なお、第１の実施例において、走査角度範囲α内で目標物体を検出するときのビームの間引き方は、全体として信号処理装置１４の処理負荷が低減できれば上記の例に限られない。例えば、３θごと、４θごとであってもよい。さらに、上記の説明では、走行速度を２段階に分け、２つの走査角度範囲を対応付けているが、３段階以上に分けることも可能である。さらに、走行速度に応じて走査角度範囲とビーム処理を行う角度単位を動的に変更するような演算を信号処理装置１４に実行させることも可能である。
【００５１】
次に、本実施形態における第２の実施例を説明する。第２の実施例では、レーダ装置１０は、送信電力を低下させることにより、低速走行時に広角を走査するときのレーダ送受信機１０ａの温度上昇を抑える。そうすることで、レーダ送受信機１０ａの回路部品や、近接する信号処理装置１４が熱による影響で誤動作したり、損傷したりすることを回避できる。さらに、近年、米国においていわゆるＦＣＣ（連邦通信委員会）法規により低速走行時や停車時の送信電力が一定以下に規制されているが、第２の実施例によればかかる規制に適合した制御を行うことが可能となる。
【００５２】
図９は、本実施形態の第２の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。図９の手順は、図６で示した手順Ｓ１０からＳ５０を代替するものである。また、図１０は、送信電力増幅器４０の詳細な構成を説明する図である。図１１は、送信電力増幅器４０の特性を示す図である。
【００５３】
まず、図９に示すように、走行速度検出手段１４ｃが、車両１の走行速度を車速センサから取得する（Ｓ７ａ）。そして、走行速度が基準値以上、すなわち高速走行のときには（Ｓ８のＹＥＳ）、送受信制御手段１４ｂは、送信電力を所期の電力にするように送信電力増幅器４０を制御して、レーダ信号を送受信する（Ｓ１０ａ）。このとき、走査角度範囲αの全単位角度ごとにビームを送受信する。
【００５４】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲β内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ａ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲β内で方位角検出処理（Ｓ３０ａ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ａ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ａ）を行う。
【００５５】
一方、走行速度が基準値未満、すなわち低速走行のときには（Ｓ８のＮＯ）、送受信制御手段１４ｂは、送信電力を低下させるように送信電力増幅器４０を制御して（Ｓ９）、走査角度範囲αの全単位角度ごとにレーダ信号を送受信する（Ｓ１０ｂ）。
【００５６】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲α内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ｂ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲α内で方位角検出処理（Ｓ３０ｂ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ｂ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ｂ）を行う。
【００５７】
このときの送信電力増幅器４０の動作を図１０、図１１を用いて説明する。まず、図１０に示すように、送信電力増幅器４０は、車載電源から電源供給を受けて定電圧を出力し、多段アンプ４０ａの各ドレインにドレイン電圧ＤＶを供給するドレイン電圧供給回路４１と、多段アンプ４０ａの最終段のアンプへのドレイン電圧供給を接断可能なスイッチＳＷとを有する。スイッチＳＷは、信号処理装置１４の送受信制御手段１４ｂが生成する指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答して開閉される。また、多段アンプ４０ａの各ゲートには、信号処理装置１４からゲート電圧ＧＶが印加される。
【００５８】
図１１（Ａ）は、多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対して印加されるゲート電圧ＧＶに対する送信信号Ｓｔのレベル変化の一例を示す。図示するように、ゲート電圧ＧＶがｔＧＶを超えると、送信信号Ｓｔが一定レベルＳＬで飽和状態となり安定する。よって、信号処理装置１４からのゲート電圧ＧＶは、ｔＧＶを超える値に設定される。
【００５９】
また、図１１（Ｂ）は、多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対して印加されるドレイン電圧ＤＶに対する送信信号Ｓｔのレベル変化の一例を示す。実線で示すパターンと点線で示すパターンは、各アンプのゲート幅が異なる場合を示す。図示するように、ドレイン電圧ＤＶがｔＤＶを超えると、いずれのパターンでも送信信号Ｓｔが一定レベルＳＬで飽和状態となり安定する。よって、ドレイン電圧供給回路４１は、ｔＧＶを超えるドレイン電圧ＤＶを多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対し印加する。
【００６０】
送受信制御手段１４ｂからの指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答してスイッチＳＷが閉じているときは、上記のようなドレイン電圧ＤＶとゲート電圧ＧＶとが印加されることにより、多段アンプ４０ａは送信信号Ｓｔを一定レベルＳＬまで増幅されてアンテナ素子１２Ｔに出力する。すなわち、送信電力増幅器４０は、送信電力を所期の電力になるように制御する。
【００６１】
一方、指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答してスイッチＳＷが開放されると、最終段のアンプへのドレイン電圧がオフされる。しかし、送信信号Ｓｔはミリ波長の高周波であるので、漏れ電力が最終段のアンプを通過して送信信号Ｓｔとして出力される。その場合の送信信号Ｓｔのレベル変化が、図１１（Ｂ）において矢印ＰＬが指し示す実線で表される。このように、送信電力が減衰するので、結果として送信電力を低減する制御が実行される。
【００６２】
なお、前段のアンプでドレイン電流の出力が飽和状態に達する構成であれば、後段のどのアンプのドレイン電圧をオフにするかは任意に決定できる。
【００６３】
このように、第２の実施例によれば、送信電力を低下させることにより、低速走行時に広角を走査するときの電力消費量を低減でき、レーダ装置１０の温度上昇を抑えることが可能となる。また、上記のような送信電力増幅器４０の構成によれば、例えば、送信信号の出力経路を複数にして、それぞれの経路に増幅率が異なるアンプを設ける構成よりも回路規模を小型化できる。
【００６４】
なお、第２の実施例において、走行速度に基づいて送信電力増幅器４０を制御する送受信制御手段１４ｂと、これに応答して送信電力を変化させる送信電力増幅器４０とが、「送信電力制御手段」に対応する。
【００６５】
上述したとおり、本実施形態によれば、車両が低速走行するときに広角な走査角度範囲で走査を行う際に、レーダ装置１０の温度上昇を抑えることができる。よって、レーダ装置１０の誤動作や回路部品の損傷を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０の走査角度範囲を示す平面図である。
【図３】本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。
【図４】送信信号Ｓｔの変調周期とアンテナ１２の回動動作Ｓｔの関係を示す図である。
【図５】目標物体からの反射信号を受信したときの受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとの対応関係を示す図である。
【図６】信号処理装置１４の基本的な動作手順を示すフローチャート図である。
【図７】本実施形態の第１の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。
【図８】信号処理装置１４が処理するビームを示す図である。
【図９】本実施形態の第２の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。
【図１０】送信電力増幅器４０の詳細な構成を説明する図である。
【図１１】送信電力増幅器４０の特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０：レーダ装置、１０ａ：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、１４ｂ：送受信制御手段、１４ｃ：目標物体検出手段、４０：送信電力増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるレーダ装置に関し、特に、車両の走行状態に応じて目標物体を検出する角度範囲を切り替えるレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載したレーダ装置を用いて先行車両を検出し、所定の車間距離で追従走行する車両制御システムが知られている。かかるシステムにおいては、自車線上の先行車両を追従対象として検出するが、隣接車線から割り込む車両があると、追従対象が変化する。追従対象の変化に迅速に対応するためには、ある程度早い時点で近隣の車両を検出することが望まれる。よって、レーダ装置は左右方向に一定程度広がりのある範囲を走査する。
【０００３】
走査すべき左右方向の幅を一定としたとき、その幅に対応する走査角度範囲は検出しようとする目標物体までの距離に応じて変化する。例えば、遠距離にある車両を検出しようとする場合には、走査角度範囲は相対的に狭角になり、反対に、近距離にある車両を検出しようとする場合には、走査角度範囲は相対的に広角になる。
【０００４】
一方、追従対象となる先行車両までの距離は、自車両の走行速度により変化する。例えば、自車両が高速走行中は、遠距離の先行車両を追従対象として、広い車間距離を保つ制御が行われる。反対に、例えば渋滞時の低速走行中は、近距離の先行車両を追従対象として、狭い車間距離を保つ制御が行われる。
【０００５】
こうしたことから、自車両の走行速度に応じて走査角度範囲を変更することで、左右方向における一定範囲内で追従対象を検出する方法が提案されている。かかるレーダ装置の例が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２４８０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機械走査方式のレーダ装置の場合、アンテナを回動させながらレーダ信号を送受信することで所望の走査確度範囲を走査する。よって、アンテナの回動角度範囲を変化させることで、走査角度範囲を変化することができる。
【０００７】
ここで、機械走査方式のレーダ装置は、所定の単位角度ごとに送受信信号を処理し、目標物体からの反射信号を検出する。そして、反射信号が得られた単位角度に基づいて、目標物体の方位角等を検出する。
【０００８】
すると、低速走行時に走査角度範囲を広角化するためにアンテナの回動角度範囲を広角化すると、それにつれて信号処理を行う単位角度の数が増加するので、信号処理装置の負荷が大きくなり、回路素子の温度が上昇する。この点、車載用レーダ装置はフロントグリル内などの走行風を受ける箇所に設置され、走行風を利用して冷却される。しかし、低速走行時には走行風が少なくなるので、冷却効率が低下する。すると、信号処理装置の誤動作や回路素子の損傷のおそれがある。かといって、冷却用のファンなどを設けることは、設置スペースやコストの制約から困難である。
【０００９】
そこで、上記問題に鑑みてなされた本発明の目的は、低速走行時に走査角度範囲を広角化しても、冷却効率の低下を防止する車載用レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面におけるレーダ装置は、車両に搭載されるレーダ装置であって、所定の走査角度範囲内で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記側面の好ましい態様によれば、前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信し、前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出することを特徴とする。
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面におけるレーダ装置は、車両に搭載されるレーダ装置であって、前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、前記第１、第２の走査角度範囲内で送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有し、前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させる送信電力制御手段をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の側面によれば、目標物体検出手段は、高速走行するときの狭角な走査角度範囲内では小さい単位角度、低速走行するときの広角な走査角度範囲内では広い単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出するので、広角な走査角度範囲における信号処理量を減らすことができ、走行風が少ない低速走行時であってもレーダ装置の温度上昇を抑制できる。また、低速走行時には近距離の目標物体を検出するので、大きい単位角度ごとに送受信信号を処理したとしても、目標物体の反射断面積の単位量あたりに処理される反射信号の数は遠距離の場合と変わらない。よって、目標物体の検出精度低下を防止できる。
【００１４】
上記の好ましい態様によれば、前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信するので、走査角度範囲ごとにレーダ信号を送受信する角度単位を変更することなく、同じ制御動作でレーダ信号を送受信できる。そして、前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出するので、信号処理量を低減でき、レーダ装置の温度上昇を抑制できる。
【００１５】
上記第２の側面によれば、送信電力制御手段は、前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させるので、低速走行するときに検出範囲を広角化しても、レーダ信号の送受信にかかる消費電力を削減することでレーダ装置の温度上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１７】
図１は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、車両１のフロントグリルに設けられるレドームを透過してレーダ信号を送受信し、車両前方の走査角度範囲αをレーダ信号で走査する。レーダ装置１０が先行車両を検出すると、先行車両の情報は車両１の車両制御システム（図示省略）に供給される。そして、車両制御システムが車両１を加減速することで、車両１は所定の車間距離で先行車両に追従走行する。
【００１８】
また、レーダ装置１０は、フロントグリルを介して走行風を受けるように設置される。よって、レーダ装置１０が動作することでその内部の信号処理装置の温度が上昇しても、走行風により冷却される。
【００１９】
図２は、レーダ装置１０の走査角度範囲を示す平面図である。レーダ装置１０は、先行車両や割り込み車両を検出するために、左右方向に一定の幅Ｗ（例えば平均的な車線幅＋１〜２メートル）の範囲を走査する。ここで、車両１が高速走行するときは、遠距離の先行車両２ａや割り込み車両３ａを検出する。このとき、前記一定幅Ｗは走査角度範囲βに対応する。よって、レーダ装置１０は、比較的狭い走査角度範囲β内で目標物体を検出する。一方、車両１が低速走行するとき（例えば渋滞時）は、近距離の先行車両２ｂや割り込み車両３ｂを検出する。このとき、前記一定幅Ｗは走査角度範囲αに対応する。よって、レーダ装置１０は、比較的広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する。
【００２０】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。レーダ装置１０は、アンテナ１２を回動させることで図１に示した走査角度範囲α内をレーダ信号で走査する、機械走査方式のレーダ装置である。レーダ装置１０は、アンテナ１２を駆動させるモータ３０とモータ３０の駆動回路２８とを備えるとともにアンテナ１２にレーダ信号を送受信させて送受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機１０ａと、ビート信号を処理して目標物体を検出する信号処理装置１４とを有する。
【００２１】
まず、レーダ信号送受信機１０ａの各部について説明する。アンテナ１２には、レーダ信号を送信する送信アンテナ素子１２Ｔと、物体により反射された反射信号を受信する受信アンテナ素子１２Ｒとが設けられる。送信アンテナ素子１２Ｔは、アンテナパターンに応じたビーム幅のレーダ信号を形成して、アンテナ１２の前方に送出する。
【００２２】
モータ３０は、不図示のクランクによりアンテナ１２と連結され、アンテナ１２を走査角度範囲α内で往復して回動させる。このとき、駆動回路２８は、信号処理装置１４からの指示信号に応答してモータ３０に駆動信号を入力する。また、エンコーダ３２は、アンテナ１２の回動角度に対応したパルス信号を信号処理装置１４に入力する。このパルス信号から、アンテナ１２の回動角度が検出される。
【００２３】
変調信号生成部１６は、信号処理装置１４からの指示信号に応答して、三角波状の周波数変調信号を生成し、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８に入力する。するとＶＣＯ１８は、三角波の上昇区間で周波数が漸増し、三角波の下降区間で周波数が漸減する周波数変調が施されたミリ波長の送信信号Ｓｔを出力する。そして分配器２０が送信信号Ｓｔを電力分配し、その一部Ｓｔを送信電力増幅器４０に入力する。そして、送信電力増幅器４０は、送信信号Ｓｔを増幅して送信用アンテナ素子１２Ｔに出力する。
【００２４】
送信電力増幅器４０は、ＦＥＴを能動素子とする多段アンプ４０ａを備える。各アンプは、ソースに入力された信号を、ゲート電圧、ドレイン電圧により増幅してドレインから出力することで、送信信号Ｓｔを多段式に増幅する。また、送信電力増幅器４０は、信号処理装置１４からの指示信号に応答して送信電力を制御する。具体的には、送信電力増幅器４０は、後段のアンプへのドレイン電圧を接断する機能を備え、ドレイン電圧を接断することで送信電力を増減させる。
【００２５】
ミキサ２２は、受信信号Ｓｒと、電力分配された送信信号Ｓｔの一部とを混合して、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒの周波数差に対応する周波数のビート信号Ｓｂを生成する。そしてＡ／Ｄ変換器２４がビート信号Ｓｂをサンプリングしてデジタルデータに変換する。
【００２６】
デジタルデータは、信号処理装置１４に取り込まれる。また、信号処理装置１４には、車両１の車速センサが取得した走行速度が入力される。
【００２７】
ここで、信号処理装置１４の構成について説明する。信号処理装置１４は、ビート信号Ｓｂのデジタルデータに対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置を有する。この演算処理装置が、ＦＦＴ手段１４ａに対応する。さらに、信号処理装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムや制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵが各種データを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する周知のマイクロコンピュータを有する。そして、このマイクロコンピュータがレーダ送受信機１０ａの制御と、ＦＦＴされたビート信号の処理を行う。すなわち、変調信号生成部１６に対する周波数変調の指示や送信電力増幅器４０に対する送信電力増減の指示を行う送受信制御手段１４ｂ、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段１４ｃ、及び、ビート信号を処理して前記目標物体を検出する目標物体検出手段１４ｄは、それぞれの動作手順を記述したプログラムと、それに従って動作するＣＰＵにより構成される。ここで、目標物体検出手段１４ｄは、目標物体の方位角、相対速度、相対距離を検出する。
【００２８】
検出されたこれらの情報は、図示を省略する車両側の制御装置に出力される。車両側の制御装置は、目標物体の情報に基づいて車両１のブレーキやスロットルといった各種アクチュエータを制御し、車両１を先行車両に追従走行させる。
【００２９】
ここで、図４〜図６を用いて、レーダ装置１０の動作について説明する。なお、説明の便宜上、まずレーダ装置１０が走査角度範囲αを走査する場合に限定して、レーダ装置１０の基本動作を説明する。
【００３０】
図４（Ａ）は、送信信号Ｓｔの時間に対する周波数変化を説明する図である。変調信号生成部１６は周波数ｆｍの三角波状の周波数変調信号生成し、ＶＣＯ１８がこれに従って周波数変調した送信信号Ｓｔを生成するので、送信信号Ｓｔの周波数は、周期１／ｆｍ、周波数偏移幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で直線的な上昇と下降とを反復する。以下では、周波数が上昇する期間ＵＰをアップ期間、周波数が下降する期間ＤＮをダウン期間という。
【００３１】
図４（Ｂ）は、アンテナ１２の回動角度と、送信信号Ｓｔの周波数変化の対応関係を示す図である。アンテナ１２が角度範囲αを往復して回動するとき（レーダ装置１０の前方正面を０度とする）、単位角度θにつき１対のアップ期間とダウン期間とが対応するように、アンテナ１２の回動と送信信号Ｓｔの周波数変調が同期される。そして、目標物体が存在する単位角度においては、アンテナ１２により反射信号が受信される。
【００３２】
以下では、１対のアップ期間とダウン期間での送受信信号を総称して１本のビームという。よって、レーダ装置１０は、単位角度θごとに、１本のビームを得る。
【００３３】
図５は、目標物体からの反射信号を受信したときの受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとの対応関係を示す図である。各信号について、時間（横軸）に対する周波数（縦軸）を示す。実線で示す送信信号Ｓｔの周波数に対し、破線で示す受信信号Ｓｒの周波数は、目標物体との相対距離による遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップラ効果による周波数偏移ΔＤを受ける。その結果、アップ期間では周波数ｆｕ、ダウン期間では周波数ｆｄの周波数差が生じる。
【００３４】
よって、両者を混合して得られるビート信号Ｓｂの周波数は、図５の下段に示すように変化する。すなわち、１本のビームを処理することで、１対のアップ期間のビート信号の周波数ｆｕと、ダウン期間のビート信号の周波数ｆｄが得られる。そして、これらの周波数からは、次の公知の数式により、目標物体の相対速度Ｖと相対距離Ｒが得られる。ただし、ｆｕはアップ期間のビート信号の周波数、ｆｄはダウン期間のビート信号の周波数であり、Ｃは光速、ｆｍは三角波の周波数、ｆ０は送信信号Ｓｔの中心周波数、ΔＦは周波数偏移幅である。
【００３５】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）
図４、図５で示したように、レーダ装置１０は、走査角度範囲αを走査することで、目標物体が存在する単位角度においては目標物体の相対速度と相対距離とを反映した周波数の反射信号を受信する。そして、目標物体が存在する単位角度においては、他の単位角度より強いレベルの受信信号が得られる。
【００３６】
よって、信号処理装置１４は、走査角度範囲α内の単位角度ごとのビームから生成されるビート信号を解析することで、その強度の分布から目標物体が存在する方位角を求めることができ、周波数からは目標物体の相対距離、相対速度を求めることができる。
【００３７】
図６は、信号処理装置１４の基本的な動作手順を示すフローチャート図である。図６の手順は、レーダ送受信機１０ａが走査角度範囲αをレーダ信号により１回走査するごとに実行される。
【００３８】
送受信制御手段１４ｂは、変調信号生成部１６に変調信号の出力を指示し、レーダ送受信機１０ａにレーダ信号を送信させる（Ｓ１０）。
【００３９】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、ビームごとのビート信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、アップ期間、ダウン期間ごとに周波数スペクトラムを検出する（Ｓ２０）。
【００４０】
そして、目標物体検出手段１４ｄが、走査角度範囲αにおいて信号レベルが極大値を形成する角度を目標物体の方位角として検出する（Ｓ３０）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、アップ期間で検出した方位角とダウン期間で検出した方位角とが近似するビート信号の対を対応付けする（Ｓ４０）。そして、対応付けされたビート信号のアップ期間の周波数とダウン期間の周波数を用いて、目標物体の相対速度、相対距離を求める（Ｓ５０）。そして、検出結果の履歴接続に基づいて出力可否を判断し（Ｓ６０）、出力可と判断した目標物体の情報を車両側の制御システムに出力する（Ｓ７０）。
【００４１】
ここで、上述したレーダ装置１０の基本的な動作に基づき、本実施形態におけるレーダ装置１０の動作について説明する。
【００４２】
レーダ装置１０は、車両１の追従対象を検出するために走査を行うが、図２で示したように、追従対象となる先行車両の距離と走査角度範囲は、車両１の走行速度により異なる。すなわち、車両１が高速走行するときは、遠距離の先行車両や割り込み車両を検出するために比較的狭い走査角度範囲β内で目標物体を検出し、一方、車両１が低速走行するとき（例えば渋滞時）は、近距離の先行車両や割り込み車両を検出するために、比較的広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する。
【００４３】
このとき、信号処理装置１４が走査角度範囲αの全ビームに対し上述した処理を行うと、処理負荷の増加に伴い回路素子の温度が上昇する。レーダ装置１０は、車両１の走行風により冷却されるが、低速走行時には走行風が少ないため、冷却効率が悪くなる。すると、信号処理装置１４が誤動作したり、回路素子が損傷したりする。よって、本実施形態では、低速走行時には信号処理装置１４の処理負荷を軽減させることにより温度上昇を抑え、かかる問題を解決する。
【００４４】
図７は、本実施形態の第１の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。図７の手順は、図６で示した手順Ｓ２０からＳ５０を代替するものである。また、図８は、信号処理装置１４が処理するビームを示す図である。図８には、単位角度θごとのビームが実線または点線で示される。
【００４５】
まず、図７に示すように、走行速度検出手段１４ｂは、車両１の走行速度を車速センサから取得する（Ｓ１２）。そして、走行速度が基準値以上、すなわち高速走行のときには（Ｓ１４のＹＥＳ）、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲β内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ａ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲β内で方位角検出処理（Ｓ３０ａ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ａ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ａ）を行う。このとき、図８に示すように、走査角度範囲β内の単位角度θごとの全ビームｂｍ＿βに対して、これらの処理を行う。
【００４６】
一方、走行速度が基準値未満、すなわち低速走行のときには（Ｓ１４のＮＯ）、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲α内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ｂ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲α内で方位角検出処理（Ｓ３０ｂ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ｂ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ｂ）を行う。このとき、図８に示すように、走査角度範囲α内の単位角度２θごとのビームｂｍ＿α（実線で表示）に対して、これらの処理を行う。すなわち、ビーム本数を間引いて処理を行う。
【００４７】
すなわち、第１の実施例では、高速走行時、低速走行時ともに、レーダ装置１０は、走査角度範囲αの全単位角度においてビームを送受信し、信号処理装置１４が処理するときに上記手順に従い処理するビーム本数を変化させる。そうすることで、広い走査角度範囲α内で目標物体を検出する際に、信号処理装置１４の処理負荷を軽減できる。よって、低速走行時に走行風が少ない場合であっても、信号処理装置１４の温度上昇を抑えることができ、冷却効率が低下することによる誤動作や損傷を防ぐことができる。
【００４８】
また、低速走行時には近距離の目標物体Ｔαを検出するので、大きい単位角度（２θ）ごとに送受信信号を処理したとしても、目標物体の反射断面積の単位量あたりに処理される反射信号の数は、遠距離にある同サイズの目標物体Ｔβの場合と変わらない。よって、目標物体の検出精度低下を防止できる。
【００４９】
なお、変調信号生成部１６が変調信号の周期を走行速度に応じて変化させることで、高速走行時には走査角度範囲βにおいて単位角度θごとにビームを送受信し、低速走行時には走査角度範囲αにおいて単位角度２θごとにビームを送受信してもよい。その場合でも、結果的に信号処理装置１４の処理負荷を軽減できるので、上記同様の作用効果を奏することができる。
【００５０】
なお、第１の実施例において、走査角度範囲α内で目標物体を検出するときのビームの間引き方は、全体として信号処理装置１４の処理負荷が低減できれば上記の例に限られない。例えば、３θごと、４θごとであってもよい。さらに、上記の説明では、走行速度を２段階に分け、２つの走査角度範囲を対応付けているが、３段階以上に分けることも可能である。さらに、走行速度に応じて走査角度範囲とビーム処理を行う角度単位を動的に変更するような演算を信号処理装置１４に実行させることも可能である。
【００５１】
次に、本実施形態における第２の実施例を説明する。第２の実施例では、レーダ装置１０は、送信電力を低下させることにより、低速走行時に広角を走査するときのレーダ送受信機１０ａの温度上昇を抑える。そうすることで、レーダ送受信機１０ａの回路部品や、近接する信号処理装置１４が熱による影響で誤動作したり、損傷したりすることを回避できる。さらに、近年、米国においていわゆるＦＣＣ（連邦通信委員会）法規により低速走行時や停車時の送信電力が一定以下に規制されているが、第２の実施例によればかかる規制に適合した制御を行うことが可能となる。
【００５２】
図９は、本実施形態の第２の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。図９の手順は、図６で示した手順Ｓ１０からＳ５０を代替するものである。また、図１０は、送信電力増幅器４０の詳細な構成を説明する図である。図１１は、送信電力増幅器４０の特性を示す図である。
【００５３】
まず、図９に示すように、走行速度検出手段１４ｃが、車両１の走行速度を車速センサから取得する（Ｓ７ａ）。そして、走行速度が基準値以上、すなわち高速走行のときには（Ｓ８のＹＥＳ）、送受信制御手段１４ｂは、送信電力を所期の電力にするように送信電力増幅器４０を制御して、レーダ信号を送受信する（Ｓ１０ａ）。このとき、走査角度範囲αの全単位角度ごとにビームを送受信する。
【００５４】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲β内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ａ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲β内で方位角検出処理（Ｓ３０ａ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ａ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ａ）を行う。
【００５５】
一方、走行速度が基準値未満、すなわち低速走行のときには（Ｓ８のＮＯ）、送受信制御手段１４ｂは、送信電力を低下させるように送信電力増幅器４０を制御して（Ｓ９）、走査角度範囲αの全単位角度ごとにレーダ信号を送受信する（Ｓ１０ｂ）。
【００５６】
そして、ＦＦＴ手段１４ａは、走査角度範囲α内のビームに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ２０ｂ）。そして、目標物体検出手段１４ｄは、走査角度範囲α内で方位角検出処理（Ｓ３０ｂ）、ビート信号周波数の対応付け（Ｓ４０ｂ）、及び、相対距離・相対速度検出処理（Ｓ５０ｂ）を行う。
【００５７】
このときの送信電力増幅器４０の動作を図１０、図１１を用いて説明する。まず、図１０に示すように、送信電力増幅器４０は、車載電源から電源供給を受けて定電圧を出力し、多段アンプ４０ａの各ドレインにドレイン電圧ＤＶを供給するドレイン電圧供給回路４１と、多段アンプ４０ａの最終段のアンプへのドレイン電圧供給を接断可能なスイッチＳＷとを有する。スイッチＳＷは、信号処理装置１４の送受信制御手段１４ｂが生成する指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答して開閉される。また、多段アンプ４０ａの各ゲートには、信号処理装置１４からゲート電圧ＧＶが印加される。
【００５８】
図１１（Ａ）は、多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対して印加されるゲート電圧ＧＶに対する送信信号Ｓｔのレベル変化の一例を示す。図示するように、ゲート電圧ＧＶがｔＧＶを超えると、送信信号Ｓｔが一定レベルＳＬで飽和状態となり安定する。よって、信号処理装置１４からのゲート電圧ＧＶは、ｔＧＶを超える値に設定される。
【００５９】
また、図１１（Ｂ）は、多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対して印加されるドレイン電圧ＤＶに対する送信信号Ｓｔのレベル変化の一例を示す。実線で示すパターンと点線で示すパターンは、各アンプのゲート幅が異なる場合を示す。図示するように、ドレイン電圧ＤＶがｔＤＶを超えると、いずれのパターンでも送信信号Ｓｔが一定レベルＳＬで飽和状態となり安定する。よって、ドレイン電圧供給回路４１は、ｔＧＶを超えるドレイン電圧ＤＶを多段アンプ４０ａのすべてのアンプに対し印加する。
【００６０】
送受信制御手段１４ｂからの指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答してスイッチＳＷが閉じているときは、上記のようなドレイン電圧ＤＶとゲート電圧ＧＶとが印加されることにより、多段アンプ４０ａは送信信号Ｓｔを一定レベルＳＬまで増幅されてアンテナ素子１２Ｔに出力する。すなわち、送信電力増幅器４０は、送信電力を所期の電力になるように制御する。
【００６１】
一方、指示信号Ｃｏｎ_Ｓに応答してスイッチＳＷが開放されると、最終段のアンプへのドレイン電圧がオフされる。しかし、送信信号Ｓｔはミリ波長の高周波であるので、漏れ電力が最終段のアンプを通過して送信信号Ｓｔとして出力される。その場合の送信信号Ｓｔのレベル変化が、図１１（Ｂ）において矢印ＰＬが指し示す実線で表される。このように、送信電力が減衰するので、結果として送信電力を低減する制御が実行される。
【００６２】
なお、前段のアンプでドレイン電流の出力が飽和状態に達する構成であれば、後段のどのアンプのドレイン電圧をオフにするかは任意に決定できる。
【００６３】
このように、第２の実施例によれば、送信電力を低下させることにより、低速走行時に広角を走査するときの電力消費量を低減でき、レーダ装置１０の温度上昇を抑えることが可能となる。また、上記のような送信電力増幅器４０の構成によれば、例えば、送信信号の出力経路を複数にして、それぞれの経路に増幅率が異なるアンプを設ける構成よりも回路規模を小型化できる。
【００６４】
なお、第２の実施例において、走行速度に基づいて送信電力増幅器４０を制御する送受信制御手段１４ｂと、これに応答して送信電力を変化させる送信電力増幅器４０とが、「送信電力制御手段」に対応する。
【００６５】
上述したとおり、本実施形態によれば、車両が低速走行するときに広角な走査角度範囲で走査を行う際に、レーダ装置１０の温度上昇を抑えることができる。よって、レーダ装置１０の誤動作や回路部品の損傷を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図２】レーダ装置１０の走査角度範囲を示す平面図である。
【図３】本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。
【図４】送信信号Ｓｔの変調周期とアンテナ１２の回動動作Ｓｔの関係を示す図である。
【図５】目標物体からの反射信号を受信したときの受信信号Ｓｒと送信信号Ｓｔとの対応関係を示す図である。
【図６】信号処理装置１４の基本的な動作手順を示すフローチャート図である。
【図７】本実施形態の第１の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。
【図８】信号処理装置１４が処理するビームを示す図である。
【図９】本実施形態の第２の実施例における信号処理装置１４の動作手順を示すフローチャート図である。
【図１０】送信電力増幅器４０の詳細な構成を説明する図である。
【図１１】送信電力増幅器４０の特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０：レーダ装置、１０ａ：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、１４ｂ：送受信制御手段、１４ｃ：目標物体検出手段、４０：送信電力増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるレーダ装置において、
所定の走査角度範囲内で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、
前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信し、
前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
車両に搭載されるレーダ装置において、
前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、
前記第１、第２の走査角度範囲内で送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有し、
前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させる送信電力制御手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記レーダ送受信機は、所定のビーム幅のレーダ信号を送受信するとともに指向方向が可変のアンテナを有し、前記アンテナが回動するときに前記第１、第２の走査角度範囲内で前記レーダ信号を送受信することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記車両の走行風により冷却されることを特徴とする前記レーダ装置。
【請求項１】
車両に搭載されるレーダ装置において、
所定の走査角度範囲内で単位角度ごとにレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、
前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内で第１の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度より広い第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーダ送受信機は、前記第１、第２の走査角度範囲内で前記第１の単位角度ごとにレーダ信号を送受信し、
前記目標物体検出手段は、前記第２の走査角度範囲内では、前記第２の単位角度ごとに送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
車両に搭載されるレーダ装置において、
前記車両の走行速度が第１の速度のときには、第１の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信し、前記走行速度が前記第１の速度より遅い第２の速度のときには、前記第１の走査角度範囲より広い第２の走査角度範囲内でレーダ信号を送受信するレーダ送受信機と、
前記第１、第２の走査角度範囲内で送受信されたレーダ信号に基づいて目標物体を検出する目標物体検出手段とを有し、
前記走行速度が前記第１の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を第１の電力、前記走行速度が前記第２の速度のときに前記レーダ信号の送信電力を前記第１の電力より小さい第２の電力に変化させる送信電力制御手段をさらに有することを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記レーダ送受信機は、所定のビーム幅のレーダ信号を送受信するとともに指向方向が可変のアンテナを有し、前記アンテナが回動するときに前記第１、第２の走査角度範囲内で前記レーダ信号を送受信することを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記車両の走行風により冷却されることを特徴とする前記レーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−３８７３１（Ｐ２０１０−３８７３１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０２０８４（Ｐ２００８−２０２０８４）
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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