物体検出装置
【課題】簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを判別する物体検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】路面上に存在する物体を検出する物体検出装置１であって、物体の位置を検出する位置検出手段１０，２１と、位置検出手段１０，２１で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段２４と、検出角度設定手段２４によって設定された検出角度に変化させた前後で位置検出手段１０，２１によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段２５とを備えることを特徴とする。
【解決手段】路面上に存在する物体を検出する物体検出装置１であって、物体の位置を検出する位置検出手段１０，２１と、位置検出手段１０，２１で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段２４と、検出角度設定手段２４によって設定された検出角度に変化させた前後で位置検出手段１０，２１によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段２５とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダを利用して物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突防止装置、車間制御装置などの運転支援装置が開発されている。これら運転支援装置では、自車の前方を走行する車両を検出することが重要となる。このような検出装置には、レーザレーダによって一定時間毎に走査しながらレーザ光を発光するとともに受光し、一定時間毎に検出した時系列の多数の検出点の位置データにおいて現時刻の検出点の位置データ群と前時刻の検出点の位置データ群とを距離や反射強度などによって対応付けを行い、対応付けられた現時刻の位置データと前時刻の位置データから前方車両の相対速度などを推定している。さらに、特許文献１に記載の障害物検出装置では、路面反射板や路面上方構造物を障害物として判断しないように、上方照射波と下方照射波が一部重なり合いを生じるようにレーザ光を上下にそれぞれ照射し、上方照射波と下方照射波の各反射強度からレーザ光が反射した物体の種類を判定する。
【特許文献１】特開２００６−９８２２０号公報
【特許文献２】特開２００６−９８２２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５８９４１号公報
【特許文献４】特開平８−８２６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようにレーザレーダによる検出点の位置データの中には、前方車両などの障害物の他に、路面などの障害物でない位置データ（誤検出）を含んでいる場合がある。そのため、前方車両の検出精度が低下する。また、上記の障害物検出装置の場合、レーザ光として各走査方向について上方照射波と下方照射波の２本必要となり、この上下の照射波の各反射強度に基づいて判定を行うので、構成が複雑化する。
【０００４】
そこで、本発明は、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを判別する物体検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る物体検出装置は、路面上に存在する物体を検出する物体検出装置であって、物体の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段と、検出角度設定手段によって設定された検出角度に変化させた前後で位置検出手段によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この物体検出装置では、位置検出手段により所定時間間隔で路面上の物体に対する各位置を検出し、時系列の位置データを取得する。路面上の物体は、路面上に存在する可能性のある様々な物体であり、例えば、車両、自動二輪車、自転車、歩行者、車両からの落下物、工事に関する物体である。特に、物体検出装置では、検出角度設定手段により位置検出手段で検出を行う際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する。したがって、位置検出手段では、ある検出角度で検出を行った所定時間後に、検出角度設定手段で設定された検出角度になるように鉛直方向の検出方向を変化させて検出を行う。そして、物体検出装置では、判定手段により検出角度に変化させた前後の所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する。路面上の物体は、所定の高さを有している。そのため、位置検出手段で鉛直方向の検出角度を変化させて検出を行った場合、その検出される所定時間間隔の各位置が大きくは変化しない。一方、路面は、ほぼ水平であり、鉛直方向（高さ方向）においては変化しないかあるいは殆ど変化しない（勾配のある路面でも、高さ位置の変化は位置検出手段の検出限界の所定距離先でも僅かに変化する程度である）。そのため、位置検出手段で鉛直方向の検出角度を変化させて検出を行った場合、その検出される所定時間間隔の各位置（特に、位置検出手段から奥行き方向の各位置）が大きく変化する。したがって、この位置の変化の違いから、路面かあるいは路面上の物体かを判別できる。このように、物体検出装置では、鉛直方向の検出角度を変えて位置検出を行い、その前後での位置の変化を判定することにより、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを高精度に判別することができる。その結果、検出対象である物体を高精度に検出することができる。
【０００７】
本発明の上記物体検出装置では、位置検出手段は、車両に搭載され、自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出する位置変化量検出手段と、自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する姿勢変化量検出手段とを備え、検出角度設定手段は、位置検出手段によって検出された位置から位置変化量検出手段によって検出された自車の位置の変化量と姿勢変化量検出手段によって検出された自車の姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、当該所定時間後の予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定する構成としてもよい。
【０００８】
この物体検出装置では、位置検出手段が車両に搭載されているので、この車両の位置や姿勢の変化に伴って位置検出手段の検出位置や検出方向が変化する。そこで、物体検出装置では、位置変化量検出手段により自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出するとともに、姿勢変化量検出手段により自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する。そして、物体検出装置では、検出角度設定手段により、位置検出手段によって検出された位置から自車の位置の変化量と姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、この予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定する。このように、物体検出装置では、自車の移動に伴って位置検出手段自体も移動するので、その移動を考慮して検出角度を設定することにより、路面と物体とを判別するための適切な検出角度を設定できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、鉛直方向の検出角度を変えて位置検出を行い、その前後での位置の変化を判定することにより、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを高精度に判別することができ、検出対象である物体を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る物体検出装置の実施の形態を説明する。
【００１１】
本実施の形態では、本発明に係る物体検出装置を、車両に搭載される障害物検出装置に適用する。本実施の形態に係る障害物検出装置は、路面上に存在する障害物（例えば、車両）を検出し、検出した障害物情報を車間制御装置、衝突防止装置などの運転支援装置に提供する。なお、検出方向としては、前方とするが、側方、後方などの他の方向でもよい。また、本実施の形態では、自車の進行方向（前後方向）をｘ軸とし、幅方向（左右方向）をｙ軸とし、自車の高さ方向をｚ軸として、ｘ軸とｙ軸で形成される面が水平面であり、ｘ軸とｚ軸で形成される面が鉛直面である。
【００１２】
図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る障害物検出装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る障害物検出装置の構成図である。図２は、図１のレーザレーダの走査方向を示す図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。図３は、図１の方位角決定部における処理の説明図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【００１３】
障害物検出装置１は、レーザ光を利用したレーダによって所定時間毎に検出点のデータ（位置データなど）を取得し、前時刻の位置データ群と現時刻の位置データ群とを対応付けし、対応する位置データ（同じ障害物に対する前時刻の位置データと現時刻の位置データ）から障害物情報を求める。特に、障害物検出装置１では、検出点のデータが路面に対するものかあるいは障害物に対するものかを判別するために、前時刻で検出点を検出できた場合には現時刻において鉛直方向の走査方位角を変えてレーダ検出を行い、その前時刻の検出点の位置（実際には、自車の位置と姿勢の変化量を考慮した予想位置）と現時刻の検出点の位置との差に基づいて路面かあるいは障害物かを判別する。そのために、障害物検出装置１は、レーザレーダ１０、ＧＰＳ[Global Positioning System]受信機１１、ジャイロセンサ１２及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]２０を備えている。
【００１４】
レーザレーダ１０は、レーザ光を利用して物体を検出する走査型のレーダである。レーザレーダ１０は、自車の前端部の中央に取り付けられる。レーザレーダ１０は、レーザ光の発光部と受光部を水平方向に回転させるアクチュエータ１０ａ（モータなど）と鉛直方向に回転させるアクチュエータ１０ａを備えている。レーザレーダ１０では、所定時間毎に、水平方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部を水平方向に回転させるとともに必要に応じて鉛直方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部を鉛直方向に回転させ、レーザ光を各走査方向で出射し、反射してきたレーザ光を受光する。そして、レーザレーダ１０では、所定時間毎に、受光できた各反射点（検出点）についてのデータ（水平方向の走査方位角、鉛直方向の走査方位角、出射時刻、受光時刻、受光強度（反射強度）など）からなるレーダ信号をＥＣＵ２０に送信する。
【００１５】
水平方向の走査方位角は、図２（ａ）に示すように、一定角度毎に基本角度が予め設定されている。鉛直方向の走査方位角は、図２（ｂ）に示すように、基本角度（路面に対してレーザ光が平行となる角度）が予め設定されている。特に、ＥＣＵ２０の方位角決定部２４で任意の走査について基本角度以外の方位角が決定された場合、水平方向と鉛直方向の各走査方位角は、その方位角決定部２４で決定された各方位角が使用される。なお、図２では、破線によって、レーザ光の各走査方向を示している。
【００１６】
水平方向と鉛直方向の各走査方位角については、アクチュエータ１０ａに設けられたロータリエンコーダなどで検出され、自車を基準とする場合にはレーザレーダ１０の自車の取り付け位置や取り付け角度が加味される。レーザレーダ１０での検出間隔である所定時間は、レーザレーザの性能、ＥＣＵの処理能力、障害物に対して必要とされる検出精度などを考慮して予め設定される。なお、走査方向を変化させる手段としては、アクチュエータ以外にも、光学素子などの他の手段でもよい。
【００１７】
ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳを利用して自車の現在位置などを推定するための装備である。ＧＰＳ受信機１１では、一定時間毎に、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、そのＧＰＳ信号を復調し、その復調された各ＧＰＳ衛星の位置データに基づいて自車の現在位置（緯度、経度、高度）などを算出する。そして、ＧＰＳ受信機１１では、自車の現在位置情報などをＧＰＳ検出信号としてＥＣＵ２０に送信する。なお、自車の現在位置を検出する手段としては、ナビゲーションシステムでの現在位置検出などの他の手段でもよい。また、ＧＰＳ受信機では主にＧＰＳ信号の受信処理だけを行い、ＧＰＳ信号に基づく現在位置の算出処理をＥＣＵで行ってもよい。
【００１８】
ジャイロセンサ１２は、自車の姿勢を検出するための三次元のジャイロセンサである。ジャイロセンサ１２では、一定時間毎に、自車の旋回方向の角速度を検出するとともに鉛直方向の角速度を検出し、その検出した各角速度を積分して角度変化量を推定し、これらの角速度や角度変化量をジャイロ信号としてＥＣＵ２０に送信する。なお、自車の姿勢を検出する手段としては、他の手段でもよい。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read OnlyMemory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットであり、障害物検出装置１を統括制御する。ＥＣＵ２０では、ＲＯＭに記憶されている障害物検出装置１用のアプリケーションをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、位置検出部２１、自車位置変化量検出部２２、自車姿勢変化量検出部２３、方位角決定部２４、障害物／路面判別部２５が構成される。ＥＣＵ２０では、レーザレーダ１０からレーダ信号、ＧＰＳ受信機１１からＧＰＳ検出信号、ジャイロセンサ１２からジャイロ信号を受信する。そして、ＥＣＵ２０では、各部２１，２２，２３，２４，２５での処理を行い、障害物を検出できた場合にはその障害物の情報を障害物情報信号として運転支援装置に送信する。
【００２０】
なお、本実施の形態では、レーザレーダ１０及び位置検出部２１が特許請求の範囲に記載する位置検出手段に相当し、ＧＰＳ受信機１１及び自車位置変化量検出部２２が特許請求の範囲に記載する位置変化量検出手段に相当し、ジャイロセンサ１２及び自車姿勢変化量検出部２３が特許請求の範囲に記載する姿勢変化量検出手段に相当し、方位角決定部２４が特許請求の範囲に記載する検出角設定手段に相当し、障害物／路面判別部２５が特許請求の範囲に記載する判定手段に相当する。
【００２１】
位置検出部２１は、所定時間毎に、レーダ信号に含まれる各検出点の情報に基づいて、各検出点についての検出点データを生成する。そして、位置検出部２１では、その生成した検出点データに検出時刻を対応付けて記憶する。検出点データとしては、方位ベクトルｎ、距離L、自車（レーザレーダ１０）からの相対的な位置ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）、反射強度などからなる。方位ベクトルｎは、水平方向の走査方位角と鉛直方向の走査方位角に基づいて算出される。距離Lは、レーザ光の速度を出射時刻と受光時刻との時間差で除算して算出される。時刻ｔ、ｉ番目の走査での検出点の場合、式（１）で示す位置ｐｉ，ｔは、距離Ｌｉ，ｔと式（２）で示す方位ベクトルｎｉ，ｔを用いて、式（３）により算出される。
【数１】
【００２２】
自車位置変化量検出部２２は、所定時間毎に、ＧＰＳ検出信号に含まれる現在位置に基づいて、Δｔ秒の間に（前時刻ｔ−１から現時刻ｔまでに）自車が移動した位置の変化量Ｄｔを検出する。そして、自車位置変化量検出部２２では、その検出した位置の変化量Ｄｔに検出時刻を対応付けて記憶する。式（４）で示す現時刻ｔのときの自車の現在位置Ｐｔと式（５）で示す前時刻ｔ−１のときの自車の現在位置Ｐｔ−１が検出された場合、位置の変化量Ｄｔは式（６）により算出される。
【数２】
【００２３】
自車姿勢変化量検出部２３は、所定時間毎に、ジャイロ信号に含まれる自車の旋回方向の角速度と鉛直方向の角速度に基づいて、式（７）で示すΔｔ秒の間に自車が変えた姿勢の変化量Δθｔを検出する。そして、自車姿勢変化量検出部２３では、その検出した姿勢の変化量Δθｔに検出時刻を対応付けて記憶する。
【数３】
【００２４】
方位角決定部２４は、所定時間毎に、位置検出部２１での前時刻ｔ−１での検出点の位置ｐｉ，ｔ−１、自車位置変化量検出部２２での自車の位置の変化量Ｄｔ、自車姿勢変化量検出部２３での自車の姿勢の変化量Δθｔに基づいて、現時刻ｔでの特定の走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを決定する。ここで、方位角αｊ、βｊが決定される特定の走査ｊは、判定領域Ａｊ内に前時刻ｔ−１で検出された検出点の位置ｐｉ，ｔ−１のΔｔ秒後（現時刻ｔ）の予想位置ｐｐｉ，ｔを含む走査である。予想位置ｐｐｉ，ｔは、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１の現時刻ｔでの予想位置であり、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１に対して自車のΔｔ秒の間の移動に伴う自車の位置と姿勢の変化量を加味した位置である。
【００２５】
具体的には、方位角決定部２４では、自車の位置の変化量Ｄｔと自車の姿勢の変化量Δθｔに基づいて、前時刻ｔ−１での検出点ｉ（走査ｉ）の位置ｐｉ，ｔ−１から現時刻ｔでの予想位置ｐｐｉ，ｔを予想するための変換行列ｔＴｔ−１を算出する。変換行列ｔＴｔ−１は、式（８）に示すように、変換行列ｔ−１Ｔｔの逆行列である。時間間隔Δｔが短くかつ姿勢の変化量Δθｔが十分小さい場合、変換行列ｔ−１Ｔｔは、位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔから求められる行列Ｒｔを用いて、式（９）によって算出される。行列Ｒｔは、式（１０）によって算出される。式（１０）の３つの行列Ｒｘ，ｔ，Ｒｙ，ｔ，Ｒｚ，ｔは、姿勢の変化量Δθｔを用いて、式（１１）、式（１２）、式（１３）からそれぞれ算出される。
【数４】
【００２６】
方位角決定部２４では、変換行列ｔＴｔ−１を用いて、式（１４）で示す前時刻ｔ−１の検出点ｉの位置ｐｉ，ｔ−１から式（１５）で示す現時刻ｔの予想位置ｐｐｉ，ｔを式（１６）により算出する。
【数５】
【００２７】
方位角決定部２４では、現時刻ｔの走査ｊ毎にかつ予想位置ｐｐｉ，ｔ毎に、走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを含むか否かを判定する。判定領域Ａｊは、図３（ａ）に示すように、水平面においてｊ番目の走査ｊの基本角度ηｊに対して左右にそれぞれ一定角ρ分の領域を区切ることによって設定される。一定角ρは、隣接する走査方向間の水平方向の角度間隔を考慮して予め設定される。方位角決定部２４では、予想位置ｐｐｉ，ｔの水平方向の角度αを用いて、式（１７）により判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを含むか否かを判定する。角度αは、予想位置ｐｐｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔとｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、式（１８）によって算出される。
【数６】
【００２８】
現時刻ｔの走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを複数含む場合、自車に近い障害物ほどその障害物に応じた運転支援を先に行う必要があるので、自車に最も近い障害物についての予想位置ｐｐｉ，ｔを選択する。そのために、方位角決定部２４では、現時刻ｔの各走査ｊの判定領域Ａｊ内に含まれる予想位置ｐｐｉ，ｔ毎に、予想位置ｐｐｉ，ｔの３つの成分を用いて、式（１９）により判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）を算出する。そして、方位角決定部２４では、現時刻ｔの走査ｊの判定領域Ａｊ内に含まれる複数の予想位置ｐｐｉ，ｔの中から判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が最も小さくなる予想位置ｐｐｉ，ｔを選択する。判定基準Ｅは、自車と予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）との間の距離を判定するための指標であり、この値が小さいほど自車との距離が近い。
【数７】
【００２９】
走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）が存在する場合（但し、複数の予想位置ｐｐｉ，ｔが存在するときには１つだけ選択されている）、方位角決定部２４では、図３（ｂ）に示すように、予想位置ｐｐｉ，ｔに対して変化高さｄ分高さを変化させた目標検出位置ｐｔｉ，ｔを算出する。ここでは、式（２０）に示すように、予想位置ｐｐｉ，ｔのｚ成分ｚｉ，ｔにｄを加算して、目標検出位置ｐｔｉ，ｔが算出される。変化高さｄは、検出対象の障害物の高さを考慮し、障害物の高さより小さい値が予め設定される。このように、レーザ検出における走査の高さ方向（鉛直方向の走査方位角）を変化させるのは、その走査の方向において、所定の高さを有する障害物かあるいは路面かを判別し、所定の高さを有する障害物が存在するか否かを判定し易くするためである。なお、変化高さｄは、プラス方向に変化させるだけでなく、マイナス方向に変化させてもよい。また、変化高さｄは、路面の勾配を考慮するとよい。例えば、変化高さｄ分加算する場合、上り勾配の場合にはその勾配が大きくなるほどｄを大きくし、下り勾配の場合にはその勾配が大きくなるほどｄを小さくする。
【数８】
【００３０】
方位角決定部２４では、図３に示すように、求めた目標検出位置ｐｔｉ，ｔ毎に、目標検出位置ｐｔｉ，ｔに基づいて走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを算出する。ここでは、水平方向の方位角αｊについては、目標検出位置ｐｔｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔとｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、式（１８）によって算出される。鉛直方向の方位角βｊ（水平面となす角）については、目標検出位置ｐｔｉ，ｔの３つの成分を用いて、式（２１）によって算出される。
【数９】
【００３１】
走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）が存在する場合、この求められた水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが、走査ｊについての各方位角となる。一方、走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない場合、その走査ｊについての各方位角は、上記した基本角度となる。なお、走査方位を変化させるモータなどの反応速度が低い場合、鉛直方向の方位角βｊについては、全走査のβｊの平均値や最頻度を全走査のβｊとする（つまり、方位角βｊとしてそれぞれ異なる角度が求められても、ある１つの角度とする）。
【００３２】
方位角決定部２４では、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在する走査ｊについて、決定した水平方向の方位角αｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、決定した鉛直方向の方位角βｊとなるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。方位角決定部２４では、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない走査ｊについて、その走査ｊの水平方向の基本角度となるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、鉛直方向の基本角度となるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。
【００３３】
障害物／路面判別部２５は、所定時間毎に、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在する走査ｊ毎に、位置検出部２１での現時刻ｔの検出点（走査ｊ）についての位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔに基づいて、その検出点が障害物に対する検出点かあるいは路面に対する検出点かを判定する。なお、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない走査ｊについては、障害物か路面かの判定を行わない。
【００３４】
図４に示すように、車両からの落下物などの静止物体ＳＯでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとはほぼ同じ位置となる。つまり、予想位置ｐｐｉ，ｔは自車ＭＶのΔｔ秒間の移動に伴う各変化量が考慮されているので、障害物が静止物体ＳＯの場合、予想位置ｐｐｉ，ｔは、水平面においては実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとほぼ一致する。
【００３５】
図５に示すように、前方車両などの移動物体ＭＯでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとは所定量離れた位置関係となる。つまり、移動物体ＭＯの場合、予想位置ｐｐｉ，ｔには自車ＭＶに対する移動物体ＭＯのΔｔ秒間の移動に伴う各変化量が考慮されていないので、予想位置ｐｐｉ，ｔと実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとの間には水平面においては差が発生する。この水平面における差ΔＬｘｙは、自車ＭＶに対する移動物体ＭＯの相対速度をｖとすると、式（２２）によって求めることができる。
【数１０】
【００３６】
図６に示すように、路面ＲＳでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとは大きく離れた位置関係となる。路面ＲＳは、車両に対してほぼ平行で水平面とみなせるので、レーザレーダ１０の検出範囲内では高さ位置が殆ど変わらない（坂の場合でも多少変わる程度）。そのため、レーザレーダ１０の鉛直方向の方位角を多少変えた程度でも、路面ＲＳにおいてレーザレーダ１０から奥行き方向の反射位置が大きく変化する。この路面ＲＳの場合に発生する予想位置ｐｐｉ，ｔと実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとの水平面での距離差は、移動物体ＭＯの場合に発生する予想位置ｐｐｉ，ｔと位置ｐｊ，ｔとの水平面での距離差に比べても非常に大きなものとなる。
【００３７】
障害物／路面判別部２５では、式（２３）で示すように、現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔのｘ成分ｘｊ，ｔ及びｙ成分ｙｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔ及びｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔの水平面での距離差を算出する。そして、障害物／路面判別部２５では、式（２３）で示すように、この算出した水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下か否かを判定する。最大相対速度ｖｍａｘは、車両の最高速度などを考慮して予め設定される。
【数１１】
【００３８】
検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔとの水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離より大きい場合、障害物／路面判別部２５では、その検出点は路面に対するものと判定する。この検出点からは、障害物についての情報を求めない。
【００３９】
検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔとの水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下の場合、障害物／路面判別部２５では、その検出点は障害物に対するものと判定する。そして、障害物／路面判別部２５では、その対応のとれた現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１（予想位置ｐｐｉ，ｔを予想する際に用いた位置ｐｉ，ｔ−１）から障害物の相対的な移動量、相対速度、さらに、絶対速度などを算出し、障害物の情報を検出する。
【００４０】
図１〜図３を参照して、障害物検出装置１における動作について説明する。特に、ＥＣＵ２０の方位角決定部２４での処理について図７のフローチャートに沿って説明する。図７は、図１の方位角決定部における処理の流れを示すフローチャートである。
【００４１】
レーザレーダ１０では、所定時間毎に、各アクチュエータ１０ａ，１０ａによって調整される走査方向毎にレーザ光を出射するとともにその反射光を受光する。そして、レーザレーダ１０では、受光できた各検出点についての情報をレーダ信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４２】
各時刻ｔでのレーダ信号を受信する毎に、ＥＣＵ２０では、レーダ信号に含まれる各検出点の情報から、各走査ｉについての検出点データ（方位ベクトルｎｉ，ｔ、距離Lｉ，ｔ、位置ｐｉ，ｔ、反射強度など）をそれぞれ生成する。そして、ＥＣＵ２０では、その各走査ｉでの検出点データを各時刻ｔに対応付けて記憶する。
【００４３】
ＧＰＳ受信機１１では、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、各ＧＰＳ信号に基づいて自車の現在位置（緯度、経度、高度）などを算出する。そして、ＧＰＳ受信機１１では、自車の現在位置情報などをＧＰＳ検出信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４４】
各時刻ｔでのＧＰＳ検出信号を受信すると、ＥＣＵ２０では、ＧＰＳ検出信号に含まれる現在位置に基づいて、Δｔ秒の間に自車が移動した位置の変化量Ｄｔを算出する。そして、自車位置変化量検出部２２では、その算出した位置の変化量Ｄｔに各時刻ｔを対応付けて記憶する。
【００４５】
ジャイロセンサ１２では、自車の旋回方向の角速度を検出するとともに鉛直方向の角速度を検出し、これら角速度から角度変化量を推定する。そして、ジャイロセンサ１２では、それら各情報をジャイロ信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４６】
各時刻ｔでのジャイロ信号を受信すると、ＥＣＵ２０では、ジャイロ信号に含まれる自車の旋回方向の角速度と鉛直方向の角速度に基づいて、Δｔ秒の間に自車が変化した姿勢の変化量Δθｔを算出する。そして、自車姿勢変化量検出部２３では、その算出した姿勢の変化量Δθｔに各時刻ｔを対応付けて記憶する。
【００４７】
前時刻ｔ−１から現時刻ｔまでの自車の位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔを算出すると、ＥＣＵ２０では、その位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔに基づいて、前時刻ｔ−１から現時刻ｔへの自車位置姿勢変化の変換行列ｔＴｔ−１を推定する（Ｓ１）。また、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｉを１で初期化する（Ｓ２）。前時刻ｔ−１の全ての走査（Ｎ個）（特に、検出点が検出されたもの）について、以下の処理をそれぞれ行う。但し、各走査ｉでは、レーザ光の反射光を受信できた場合には１つの検出点データがあるが、レーザ光の反射光を受光できなかった場合には検出点データがない。
【００４８】
ＥＣＵ２０では、変換行列ｔＴｔ−１を用いて、走査ｉでの前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１のΔｔ秒後の予想位置ｐｐｉ，ｔを算出する（Ｓ３）。検出点データがない走査ｉについては、このＳ３の処理は行われない。そして、ＥＣＵ２０では、変数ｉに１を加算する（Ｓ４）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｉがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ５）。Ｓ５にて変数ｉがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ３に戻って、次の走査ｉについての処理を行う。
【００４９】
Ｓ５にて変数ｉがＮを超えたと判定した場合、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｊを１で初期化する（Ｓ６）。現時刻ｔの全ての走査（Ｎ個）について、以下の処理をそれぞれ行う。
【００５０】
さらに、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｉを１で初期化するとともに、閾値Ｅｍｉｎを初期化する（Ｓ７）。前時刻ｔ−１の全ての走査（Ｎ個）（特に、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されたもの）について、以下の処理をそれぞれ行う。但し、各走査ｉでは、レーザ光の反射光を受信できた場合には検出点データがあるので、予想位置ｐｐｉ，ｔが１つ算出されているが、レーザ光の反射光を受光できなかった場合には検出点データがないので、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されていない。なお、閾値Ｅｍｉｎの初期値は、レーザレーダ１０の検知範囲などを考慮して予め設定される。
【００５１】
ＥＣＵ２０では、予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在するか否かを判定する（Ｓ８）。Ｓ８にて予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在すると判定した場合、ＥＣＵ２０では、その予想位置ｐｐｉ，ｔについての判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）を算出し、判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎより小さいか否かを判定する（Ｓ９）。Ｓ９にて判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎより小さいと判定した場合、この時点において予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しかつ自車に最も近い位置なので、ＥＣＵ２０では、閾値ＥｍｉｎにＥ（ｐｐｉ，ｔ）を設定するとともに、ｉＥｍｉｎ＝ｉを設定する（Ｓ１０）。一方、Ｓ８にて予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しないと判定した場合又はＳ９にて判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎ以上と判定した場合、Ｓ１０の処理は行われない。また、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されていない走査ｉについては、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０の処理は行われない。そして、ＥＣＵ２０では、変数ｉに１を加算する（Ｓ１１）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｉがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて変数ｉがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ８に戻って、次の走査ｉについての処理を行う。
【００５２】
Ｓ１２にて変数ｉがＮを超えたと判定した場合、ＥＣＵ２０では、走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しかつ自車に最も近い位置の予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔに対して変化高さｄ分変化させた目標検出位置ｐｔｉＥｍｉｎ，ｔを算出し、この目標検出位置ｐｔｉＥｍｉｎ，ｔに基づいて走査ｊの水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを算出する（Ｓ１３）。但し、走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在する予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが存在しない場合、このＳ１３の処理は行われないので、その走査ｊの水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊは基本角度となる。
【００５３】
走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが決定する毎に、ＥＣＵ２０では、その水平方向の方位角αｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、その鉛直方向の方位角βｊとなるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。これによって、レーザレーダ１０では、走査ｊの水平方向の方位角がαｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部が回転するとともに走査ｊの鉛直方向の方位角がβｊになるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部が回転し、その走査方位でレーザ光を出射するとともにその反射光を受光する。この際、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１から求められた予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが判定領域Ａｊ内に存在する走査ｊでは、走査方位が基本角度（特に、鉛直方向）から変更されている。
【００５４】
ＥＣＵ２０では、変数ｊに１を加算する（Ｓ１４）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｊがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ１５）。Ｓ１５にて変数ｊがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ７に戻って、次の走査ｊについての処理を行う。
【００５５】
Ｓ１５にて変数ｊがＮを超えたと判定した場合、現時刻ｔの全ての走査ｊについて水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが決定された。そして、レーザレーダ１０では、現時刻ｔでの全ての走査ｊについての検出が行われ、現時刻ｔのレーダ信号をＥＣＵ２０に送信する。
【００５６】
現時刻ｔでのレーダ信号を受信し、各走査ｊについての検出点データ（方位ベクトルｎｊ，ｔ、距離Lｊ，ｔ、位置ｐｊ，ｔ、反射強度など）をそれぞれ生成すると、ＥＣＵ２０では、走査ｊ毎に、現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔに基づいて位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔの水平面での距離差を算出し、この算出した距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下か否かを判定する。走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが存在しなかった場合、判定対象が存在しないので、この判定は行われない。
【００５７】
水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離より大きいと判定した場合、ＥＣＵ２０では、その検出点は路面に対するものと判定する。したがって、この検出点からは、障害物についての情報が求められない。
【００５８】
水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、その検出点は障害物に対するものと判定し、その対応のとれた現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉＥｉｎ，ｔ−１から障害物の相対的な移動量、相対速度、さらに、絶対速度などを算出し、障害物の情報を検出する。
【００５９】
そして、ＥＣＵ２０では、検出できた全ての障害物についての情報を障害物情報信号として運転支援装置に送信する。
【００６０】
この障害物検出装置１によれば、走査の判定領域内に予想位置（前時刻の検出点の位置から予想された位置）が存在する場合には現時刻においてその走査については鉛直方向の方位角を変えて検出を行い、その予測位置と現時刻の検出点の位置との水平面での距離差を判定することにより、路面かあるいは路面上の障害物かを高精度に判別することができ、障害物を高精度に検出することができる。さらに、障害物検出装置１では、路面と障害物とを判別するために、各走査において走査方位角を変えるだけで１本のレーザ光だけで構成できるので、構成が複雑化しない。
【００６１】
特に、障害物検出装置１では、前時刻での検出点の位置に対して自車の位置と姿勢の変化量を考慮して現時刻の予想位置を求め、この予想位置の高さを変化させた目標検出位置に基づいて走査の各方位角を決定することにより、路面と障害物とを判別するための適切な方位角を求めることができる。また、障害物検出装置１では、現時刻の予測位置と現時刻の検出点の位置との水平面での距離差で判定を行うことにより、現時刻の予測位置によって前時刻の検出点の位置に対して自車の移動分が予め考慮されているので、判定式が簡単となり、演算量を削減できる。
【００６２】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００６３】
例えば、本実施の形態では車両に搭載される障害物検出装置に適用したが、衝突防止装置、車間制御装置などの運転支援装置や周辺監視装置などの他の装置にも適用可能である。また、検出対象としては、車両以外にも、自動二輪車、自転車、人、落下物などの他の物体でもよい。
【００６４】
また、本実施の形態では位置検出手段としてレーザレーダを用いる構成としたが、ミリ波レーダなどの他のレーダ検出手段を用いてもよい。
【００６５】
また、本実施の形態では現時刻のデータと前時刻のデータとの対応付けを行う構成としたが、前々時刻のデータなどの更に過去のデータとの対応付けも行う構成としてもよい。
【００６６】
また、本実施の形態では前時刻の検出点の位置から現時刻の予想位置を求め、この予想位置に基づいて現時刻の走査方位角を求める構成としたが、前時刻の検出点の位置などに基づいて現時刻の走査方位角を求めるようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態では現時刻の予想位置と現時刻での検出点の位置に基づいて路面かあるいは障害物かを判定する構成としたが、前時刻の検出点の位置と現時刻での検出点の位置などに基づいて路面かあるいは障害物かを判定するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施の形態では判定領域内に予想位置が存在する場合にはその走査についての方位角を決定する構成としたが、通常、検出対象の障害物はレーダの分解能に対して十分に大きいので、各検出時刻における検出点の位置データを位置の近さや反射強度などに基づいてグルーピングし、グループ毎に鉛直方向の方位角を決定するようにしてもよい。このような処理を行うことにより、演算量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態に係る障害物検出装置の構成図である。
【図２】図１のレーザレーダの走査方向を示す図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図３】図１の方位角決定部における処理の説明図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図４】図１の障害物検出装置によって静止物体を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図５】図１の障害物検出装置によって前方車両を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図６】図１の障害物検出装置によって路面を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図７】図１の方位角決定部における処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…障害物検出装置、１０…レーザレーダ、１０ａ…アクチュエータ、１１…ＧＰＳ受信機、１２…ジャイロセンサ、２０…ＥＣＵ、２１…位置検出部、２２…自車位置変化量検出部、２３…自車姿勢変化量検出部、２４…方位角決定部、２５…障害物／路面判別部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダを利用して物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突防止装置、車間制御装置などの運転支援装置が開発されている。これら運転支援装置では、自車の前方を走行する車両を検出することが重要となる。このような検出装置には、レーザレーダによって一定時間毎に走査しながらレーザ光を発光するとともに受光し、一定時間毎に検出した時系列の多数の検出点の位置データにおいて現時刻の検出点の位置データ群と前時刻の検出点の位置データ群とを距離や反射強度などによって対応付けを行い、対応付けられた現時刻の位置データと前時刻の位置データから前方車両の相対速度などを推定している。さらに、特許文献１に記載の障害物検出装置では、路面反射板や路面上方構造物を障害物として判断しないように、上方照射波と下方照射波が一部重なり合いを生じるようにレーザ光を上下にそれぞれ照射し、上方照射波と下方照射波の各反射強度からレーザ光が反射した物体の種類を判定する。
【特許文献１】特開２００６−９８２２０号公報
【特許文献２】特開２００６−９８２２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２５８９４１号公報
【特許文献４】特開平８−８２６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようにレーザレーダによる検出点の位置データの中には、前方車両などの障害物の他に、路面などの障害物でない位置データ（誤検出）を含んでいる場合がある。そのため、前方車両の検出精度が低下する。また、上記の障害物検出装置の場合、レーザ光として各走査方向について上方照射波と下方照射波の２本必要となり、この上下の照射波の各反射強度に基づいて判定を行うので、構成が複雑化する。
【０００４】
そこで、本発明は、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを判別する物体検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る物体検出装置は、路面上に存在する物体を検出する物体検出装置であって、物体の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段と、検出角度設定手段によって設定された検出角度に変化させた前後で位置検出手段によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この物体検出装置では、位置検出手段により所定時間間隔で路面上の物体に対する各位置を検出し、時系列の位置データを取得する。路面上の物体は、路面上に存在する可能性のある様々な物体であり、例えば、車両、自動二輪車、自転車、歩行者、車両からの落下物、工事に関する物体である。特に、物体検出装置では、検出角度設定手段により位置検出手段で検出を行う際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する。したがって、位置検出手段では、ある検出角度で検出を行った所定時間後に、検出角度設定手段で設定された検出角度になるように鉛直方向の検出方向を変化させて検出を行う。そして、物体検出装置では、判定手段により検出角度に変化させた前後の所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する。路面上の物体は、所定の高さを有している。そのため、位置検出手段で鉛直方向の検出角度を変化させて検出を行った場合、その検出される所定時間間隔の各位置が大きくは変化しない。一方、路面は、ほぼ水平であり、鉛直方向（高さ方向）においては変化しないかあるいは殆ど変化しない（勾配のある路面でも、高さ位置の変化は位置検出手段の検出限界の所定距離先でも僅かに変化する程度である）。そのため、位置検出手段で鉛直方向の検出角度を変化させて検出を行った場合、その検出される所定時間間隔の各位置（特に、位置検出手段から奥行き方向の各位置）が大きく変化する。したがって、この位置の変化の違いから、路面かあるいは路面上の物体かを判別できる。このように、物体検出装置では、鉛直方向の検出角度を変えて位置検出を行い、その前後での位置の変化を判定することにより、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを高精度に判別することができる。その結果、検出対象である物体を高精度に検出することができる。
【０００７】
本発明の上記物体検出装置では、位置検出手段は、車両に搭載され、自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出する位置変化量検出手段と、自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する姿勢変化量検出手段とを備え、検出角度設定手段は、位置検出手段によって検出された位置から位置変化量検出手段によって検出された自車の位置の変化量と姿勢変化量検出手段によって検出された自車の姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、当該所定時間後の予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定する構成としてもよい。
【０００８】
この物体検出装置では、位置検出手段が車両に搭載されているので、この車両の位置や姿勢の変化に伴って位置検出手段の検出位置や検出方向が変化する。そこで、物体検出装置では、位置変化量検出手段により自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出するとともに、姿勢変化量検出手段により自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する。そして、物体検出装置では、検出角度設定手段により、位置検出手段によって検出された位置から自車の位置の変化量と姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、この予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定する。このように、物体検出装置では、自車の移動に伴って位置検出手段自体も移動するので、その移動を考慮して検出角度を設定することにより、路面と物体とを判別するための適切な検出角度を設定できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、鉛直方向の検出角度を変えて位置検出を行い、その前後での位置の変化を判定することにより、簡単な構成によって路面かあるいは路面上の物体かを高精度に判別することができ、検出対象である物体を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る物体検出装置の実施の形態を説明する。
【００１１】
本実施の形態では、本発明に係る物体検出装置を、車両に搭載される障害物検出装置に適用する。本実施の形態に係る障害物検出装置は、路面上に存在する障害物（例えば、車両）を検出し、検出した障害物情報を車間制御装置、衝突防止装置などの運転支援装置に提供する。なお、検出方向としては、前方とするが、側方、後方などの他の方向でもよい。また、本実施の形態では、自車の進行方向（前後方向）をｘ軸とし、幅方向（左右方向）をｙ軸とし、自車の高さ方向をｚ軸として、ｘ軸とｙ軸で形成される面が水平面であり、ｘ軸とｚ軸で形成される面が鉛直面である。
【００１２】
図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る障害物検出装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る障害物検出装置の構成図である。図２は、図１のレーザレーダの走査方向を示す図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。図３は、図１の方位角決定部における処理の説明図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【００１３】
障害物検出装置１は、レーザ光を利用したレーダによって所定時間毎に検出点のデータ（位置データなど）を取得し、前時刻の位置データ群と現時刻の位置データ群とを対応付けし、対応する位置データ（同じ障害物に対する前時刻の位置データと現時刻の位置データ）から障害物情報を求める。特に、障害物検出装置１では、検出点のデータが路面に対するものかあるいは障害物に対するものかを判別するために、前時刻で検出点を検出できた場合には現時刻において鉛直方向の走査方位角を変えてレーダ検出を行い、その前時刻の検出点の位置（実際には、自車の位置と姿勢の変化量を考慮した予想位置）と現時刻の検出点の位置との差に基づいて路面かあるいは障害物かを判別する。そのために、障害物検出装置１は、レーザレーダ１０、ＧＰＳ[Global Positioning System]受信機１１、ジャイロセンサ１２及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]２０を備えている。
【００１４】
レーザレーダ１０は、レーザ光を利用して物体を検出する走査型のレーダである。レーザレーダ１０は、自車の前端部の中央に取り付けられる。レーザレーダ１０は、レーザ光の発光部と受光部を水平方向に回転させるアクチュエータ１０ａ（モータなど）と鉛直方向に回転させるアクチュエータ１０ａを備えている。レーザレーダ１０では、所定時間毎に、水平方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部を水平方向に回転させるとともに必要に応じて鉛直方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部を鉛直方向に回転させ、レーザ光を各走査方向で出射し、反射してきたレーザ光を受光する。そして、レーザレーダ１０では、所定時間毎に、受光できた各反射点（検出点）についてのデータ（水平方向の走査方位角、鉛直方向の走査方位角、出射時刻、受光時刻、受光強度（反射強度）など）からなるレーダ信号をＥＣＵ２０に送信する。
【００１５】
水平方向の走査方位角は、図２（ａ）に示すように、一定角度毎に基本角度が予め設定されている。鉛直方向の走査方位角は、図２（ｂ）に示すように、基本角度（路面に対してレーザ光が平行となる角度）が予め設定されている。特に、ＥＣＵ２０の方位角決定部２４で任意の走査について基本角度以外の方位角が決定された場合、水平方向と鉛直方向の各走査方位角は、その方位角決定部２４で決定された各方位角が使用される。なお、図２では、破線によって、レーザ光の各走査方向を示している。
【００１６】
水平方向と鉛直方向の各走査方位角については、アクチュエータ１０ａに設けられたロータリエンコーダなどで検出され、自車を基準とする場合にはレーザレーダ１０の自車の取り付け位置や取り付け角度が加味される。レーザレーダ１０での検出間隔である所定時間は、レーザレーザの性能、ＥＣＵの処理能力、障害物に対して必要とされる検出精度などを考慮して予め設定される。なお、走査方向を変化させる手段としては、アクチュエータ以外にも、光学素子などの他の手段でもよい。
【００１７】
ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳを利用して自車の現在位置などを推定するための装備である。ＧＰＳ受信機１１では、一定時間毎に、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、そのＧＰＳ信号を復調し、その復調された各ＧＰＳ衛星の位置データに基づいて自車の現在位置（緯度、経度、高度）などを算出する。そして、ＧＰＳ受信機１１では、自車の現在位置情報などをＧＰＳ検出信号としてＥＣＵ２０に送信する。なお、自車の現在位置を検出する手段としては、ナビゲーションシステムでの現在位置検出などの他の手段でもよい。また、ＧＰＳ受信機では主にＧＰＳ信号の受信処理だけを行い、ＧＰＳ信号に基づく現在位置の算出処理をＥＣＵで行ってもよい。
【００１８】
ジャイロセンサ１２は、自車の姿勢を検出するための三次元のジャイロセンサである。ジャイロセンサ１２では、一定時間毎に、自車の旋回方向の角速度を検出するとともに鉛直方向の角速度を検出し、その検出した各角速度を積分して角度変化量を推定し、これらの角速度や角度変化量をジャイロ信号としてＥＣＵ２０に送信する。なお、自車の姿勢を検出する手段としては、他の手段でもよい。
【００１９】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read OnlyMemory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットであり、障害物検出装置１を統括制御する。ＥＣＵ２０では、ＲＯＭに記憶されている障害物検出装置１用のアプリケーションをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより、位置検出部２１、自車位置変化量検出部２２、自車姿勢変化量検出部２３、方位角決定部２４、障害物／路面判別部２５が構成される。ＥＣＵ２０では、レーザレーダ１０からレーダ信号、ＧＰＳ受信機１１からＧＰＳ検出信号、ジャイロセンサ１２からジャイロ信号を受信する。そして、ＥＣＵ２０では、各部２１，２２，２３，２４，２５での処理を行い、障害物を検出できた場合にはその障害物の情報を障害物情報信号として運転支援装置に送信する。
【００２０】
なお、本実施の形態では、レーザレーダ１０及び位置検出部２１が特許請求の範囲に記載する位置検出手段に相当し、ＧＰＳ受信機１１及び自車位置変化量検出部２２が特許請求の範囲に記載する位置変化量検出手段に相当し、ジャイロセンサ１２及び自車姿勢変化量検出部２３が特許請求の範囲に記載する姿勢変化量検出手段に相当し、方位角決定部２４が特許請求の範囲に記載する検出角設定手段に相当し、障害物／路面判別部２５が特許請求の範囲に記載する判定手段に相当する。
【００２１】
位置検出部２１は、所定時間毎に、レーダ信号に含まれる各検出点の情報に基づいて、各検出点についての検出点データを生成する。そして、位置検出部２１では、その生成した検出点データに検出時刻を対応付けて記憶する。検出点データとしては、方位ベクトルｎ、距離L、自車（レーザレーダ１０）からの相対的な位置ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）、反射強度などからなる。方位ベクトルｎは、水平方向の走査方位角と鉛直方向の走査方位角に基づいて算出される。距離Lは、レーザ光の速度を出射時刻と受光時刻との時間差で除算して算出される。時刻ｔ、ｉ番目の走査での検出点の場合、式（１）で示す位置ｐｉ，ｔは、距離Ｌｉ，ｔと式（２）で示す方位ベクトルｎｉ，ｔを用いて、式（３）により算出される。
【数１】
【００２２】
自車位置変化量検出部２２は、所定時間毎に、ＧＰＳ検出信号に含まれる現在位置に基づいて、Δｔ秒の間に（前時刻ｔ−１から現時刻ｔまでに）自車が移動した位置の変化量Ｄｔを検出する。そして、自車位置変化量検出部２２では、その検出した位置の変化量Ｄｔに検出時刻を対応付けて記憶する。式（４）で示す現時刻ｔのときの自車の現在位置Ｐｔと式（５）で示す前時刻ｔ−１のときの自車の現在位置Ｐｔ−１が検出された場合、位置の変化量Ｄｔは式（６）により算出される。
【数２】
【００２３】
自車姿勢変化量検出部２３は、所定時間毎に、ジャイロ信号に含まれる自車の旋回方向の角速度と鉛直方向の角速度に基づいて、式（７）で示すΔｔ秒の間に自車が変えた姿勢の変化量Δθｔを検出する。そして、自車姿勢変化量検出部２３では、その検出した姿勢の変化量Δθｔに検出時刻を対応付けて記憶する。
【数３】
【００２４】
方位角決定部２４は、所定時間毎に、位置検出部２１での前時刻ｔ−１での検出点の位置ｐｉ，ｔ−１、自車位置変化量検出部２２での自車の位置の変化量Ｄｔ、自車姿勢変化量検出部２３での自車の姿勢の変化量Δθｔに基づいて、現時刻ｔでの特定の走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを決定する。ここで、方位角αｊ、βｊが決定される特定の走査ｊは、判定領域Ａｊ内に前時刻ｔ−１で検出された検出点の位置ｐｉ，ｔ−１のΔｔ秒後（現時刻ｔ）の予想位置ｐｐｉ，ｔを含む走査である。予想位置ｐｐｉ，ｔは、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１の現時刻ｔでの予想位置であり、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１に対して自車のΔｔ秒の間の移動に伴う自車の位置と姿勢の変化量を加味した位置である。
【００２５】
具体的には、方位角決定部２４では、自車の位置の変化量Ｄｔと自車の姿勢の変化量Δθｔに基づいて、前時刻ｔ−１での検出点ｉ（走査ｉ）の位置ｐｉ，ｔ−１から現時刻ｔでの予想位置ｐｐｉ，ｔを予想するための変換行列ｔＴｔ−１を算出する。変換行列ｔＴｔ−１は、式（８）に示すように、変換行列ｔ−１Ｔｔの逆行列である。時間間隔Δｔが短くかつ姿勢の変化量Δθｔが十分小さい場合、変換行列ｔ−１Ｔｔは、位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔから求められる行列Ｒｔを用いて、式（９）によって算出される。行列Ｒｔは、式（１０）によって算出される。式（１０）の３つの行列Ｒｘ，ｔ，Ｒｙ，ｔ，Ｒｚ，ｔは、姿勢の変化量Δθｔを用いて、式（１１）、式（１２）、式（１３）からそれぞれ算出される。
【数４】
【００２６】
方位角決定部２４では、変換行列ｔＴｔ−１を用いて、式（１４）で示す前時刻ｔ−１の検出点ｉの位置ｐｉ，ｔ−１から式（１５）で示す現時刻ｔの予想位置ｐｐｉ，ｔを式（１６）により算出する。
【数５】
【００２７】
方位角決定部２４では、現時刻ｔの走査ｊ毎にかつ予想位置ｐｐｉ，ｔ毎に、走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを含むか否かを判定する。判定領域Ａｊは、図３（ａ）に示すように、水平面においてｊ番目の走査ｊの基本角度ηｊに対して左右にそれぞれ一定角ρ分の領域を区切ることによって設定される。一定角ρは、隣接する走査方向間の水平方向の角度間隔を考慮して予め設定される。方位角決定部２４では、予想位置ｐｐｉ，ｔの水平方向の角度αを用いて、式（１７）により判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを含むか否かを判定する。角度αは、予想位置ｐｐｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔとｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、式（１８）によって算出される。
【数６】
【００２８】
現時刻ｔの走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔを複数含む場合、自車に近い障害物ほどその障害物に応じた運転支援を先に行う必要があるので、自車に最も近い障害物についての予想位置ｐｐｉ，ｔを選択する。そのために、方位角決定部２４では、現時刻ｔの各走査ｊの判定領域Ａｊ内に含まれる予想位置ｐｐｉ，ｔ毎に、予想位置ｐｐｉ，ｔの３つの成分を用いて、式（１９）により判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）を算出する。そして、方位角決定部２４では、現時刻ｔの走査ｊの判定領域Ａｊ内に含まれる複数の予想位置ｐｐｉ，ｔの中から判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が最も小さくなる予想位置ｐｐｉ，ｔを選択する。判定基準Ｅは、自車と予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）との間の距離を判定するための指標であり、この値が小さいほど自車との距離が近い。
【数７】
【００２９】
走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）が存在する場合（但し、複数の予想位置ｐｐｉ，ｔが存在するときには１つだけ選択されている）、方位角決定部２４では、図３（ｂ）に示すように、予想位置ｐｐｉ，ｔに対して変化高さｄ分高さを変化させた目標検出位置ｐｔｉ，ｔを算出する。ここでは、式（２０）に示すように、予想位置ｐｐｉ，ｔのｚ成分ｚｉ，ｔにｄを加算して、目標検出位置ｐｔｉ，ｔが算出される。変化高さｄは、検出対象の障害物の高さを考慮し、障害物の高さより小さい値が予め設定される。このように、レーザ検出における走査の高さ方向（鉛直方向の走査方位角）を変化させるのは、その走査の方向において、所定の高さを有する障害物かあるいは路面かを判別し、所定の高さを有する障害物が存在するか否かを判定し易くするためである。なお、変化高さｄは、プラス方向に変化させるだけでなく、マイナス方向に変化させてもよい。また、変化高さｄは、路面の勾配を考慮するとよい。例えば、変化高さｄ分加算する場合、上り勾配の場合にはその勾配が大きくなるほどｄを大きくし、下り勾配の場合にはその勾配が大きくなるほどｄを小さくする。
【数８】
【００３０】
方位角決定部２４では、図３に示すように、求めた目標検出位置ｐｔｉ，ｔ毎に、目標検出位置ｐｔｉ，ｔに基づいて走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを算出する。ここでは、水平方向の方位角αｊについては、目標検出位置ｐｔｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔとｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、式（１８）によって算出される。鉛直方向の方位角βｊ（水平面となす角）については、目標検出位置ｐｔｉ，ｔの３つの成分を用いて、式（２１）によって算出される。
【数９】
【００３１】
走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔ（障害物）が存在する場合、この求められた水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが、走査ｊについての各方位角となる。一方、走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない場合、その走査ｊについての各方位角は、上記した基本角度となる。なお、走査方位を変化させるモータなどの反応速度が低い場合、鉛直方向の方位角βｊについては、全走査のβｊの平均値や最頻度を全走査のβｊとする（つまり、方位角βｊとしてそれぞれ異なる角度が求められても、ある１つの角度とする）。
【００３２】
方位角決定部２４では、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在する走査ｊについて、決定した水平方向の方位角αｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、決定した鉛直方向の方位角βｊとなるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。方位角決定部２４では、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない走査ｊについて、その走査ｊの水平方向の基本角度となるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、鉛直方向の基本角度となるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。
【００３３】
障害物／路面判別部２５は、所定時間毎に、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在する走査ｊ毎に、位置検出部２１での現時刻ｔの検出点（走査ｊ）についての位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔに基づいて、その検出点が障害物に対する検出点かあるいは路面に対する検出点かを判定する。なお、判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉ，ｔが存在しない走査ｊについては、障害物か路面かの判定を行わない。
【００３４】
図４に示すように、車両からの落下物などの静止物体ＳＯでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとはほぼ同じ位置となる。つまり、予想位置ｐｐｉ，ｔは自車ＭＶのΔｔ秒間の移動に伴う各変化量が考慮されているので、障害物が静止物体ＳＯの場合、予想位置ｐｐｉ，ｔは、水平面においては実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとほぼ一致する。
【００３５】
図５に示すように、前方車両などの移動物体ＭＯでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとは所定量離れた位置関係となる。つまり、移動物体ＭＯの場合、予想位置ｐｐｉ，ｔには自車ＭＶに対する移動物体ＭＯのΔｔ秒間の移動に伴う各変化量が考慮されていないので、予想位置ｐｐｉ，ｔと実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとの間には水平面においては差が発生する。この水平面における差ΔＬｘｙは、自車ＭＶに対する移動物体ＭＯの相対速度をｖとすると、式（２２）によって求めることができる。
【数１０】
【００３６】
図６に示すように、路面ＲＳでレーザレーダ１０からのレーザ光を反射している場合、予想位置ｐｐｉ，ｔと検出点の位置ｐｊ，ｔとは大きく離れた位置関係となる。路面ＲＳは、車両に対してほぼ平行で水平面とみなせるので、レーザレーダ１０の検出範囲内では高さ位置が殆ど変わらない（坂の場合でも多少変わる程度）。そのため、レーザレーダ１０の鉛直方向の方位角を多少変えた程度でも、路面ＲＳにおいてレーザレーダ１０から奥行き方向の反射位置が大きく変化する。この路面ＲＳの場合に発生する予想位置ｐｐｉ，ｔと実際の検出点の位置ｐｊ，ｔとの水平面での距離差は、移動物体ＭＯの場合に発生する予想位置ｐｐｉ，ｔと位置ｐｊ，ｔとの水平面での距離差に比べても非常に大きなものとなる。
【００３７】
障害物／路面判別部２５では、式（２３）で示すように、現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔのｘ成分ｘｊ，ｔ及びｙ成分ｙｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔのｘ成分ｘｐｉ，ｔ及びｙ成分ｙｐｉ，ｔを用いて、位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔの水平面での距離差を算出する。そして、障害物／路面判別部２５では、式（２３）で示すように、この算出した水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下か否かを判定する。最大相対速度ｖｍａｘは、車両の最高速度などを考慮して予め設定される。
【数１１】
【００３８】
検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔとの水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離より大きい場合、障害物／路面判別部２５では、その検出点は路面に対するものと判定する。この検出点からは、障害物についての情報を求めない。
【００３９】
検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉ，ｔとの水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下の場合、障害物／路面判別部２５では、その検出点は障害物に対するものと判定する。そして、障害物／路面判別部２５では、その対応のとれた現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１（予想位置ｐｐｉ，ｔを予想する際に用いた位置ｐｉ，ｔ−１）から障害物の相対的な移動量、相対速度、さらに、絶対速度などを算出し、障害物の情報を検出する。
【００４０】
図１〜図３を参照して、障害物検出装置１における動作について説明する。特に、ＥＣＵ２０の方位角決定部２４での処理について図７のフローチャートに沿って説明する。図７は、図１の方位角決定部における処理の流れを示すフローチャートである。
【００４１】
レーザレーダ１０では、所定時間毎に、各アクチュエータ１０ａ，１０ａによって調整される走査方向毎にレーザ光を出射するとともにその反射光を受光する。そして、レーザレーダ１０では、受光できた各検出点についての情報をレーダ信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４２】
各時刻ｔでのレーダ信号を受信する毎に、ＥＣＵ２０では、レーダ信号に含まれる各検出点の情報から、各走査ｉについての検出点データ（方位ベクトルｎｉ，ｔ、距離Lｉ，ｔ、位置ｐｉ，ｔ、反射強度など）をそれぞれ生成する。そして、ＥＣＵ２０では、その各走査ｉでの検出点データを各時刻ｔに対応付けて記憶する。
【００４３】
ＧＰＳ受信機１１では、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、各ＧＰＳ信号に基づいて自車の現在位置（緯度、経度、高度）などを算出する。そして、ＧＰＳ受信機１１では、自車の現在位置情報などをＧＰＳ検出信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４４】
各時刻ｔでのＧＰＳ検出信号を受信すると、ＥＣＵ２０では、ＧＰＳ検出信号に含まれる現在位置に基づいて、Δｔ秒の間に自車が移動した位置の変化量Ｄｔを算出する。そして、自車位置変化量検出部２２では、その算出した位置の変化量Ｄｔに各時刻ｔを対応付けて記憶する。
【００４５】
ジャイロセンサ１２では、自車の旋回方向の角速度を検出するとともに鉛直方向の角速度を検出し、これら角速度から角度変化量を推定する。そして、ジャイロセンサ１２では、それら各情報をジャイロ信号としてＥＣＵ２０に送信する。
【００４６】
各時刻ｔでのジャイロ信号を受信すると、ＥＣＵ２０では、ジャイロ信号に含まれる自車の旋回方向の角速度と鉛直方向の角速度に基づいて、Δｔ秒の間に自車が変化した姿勢の変化量Δθｔを算出する。そして、自車姿勢変化量検出部２３では、その算出した姿勢の変化量Δθｔに各時刻ｔを対応付けて記憶する。
【００４７】
前時刻ｔ−１から現時刻ｔまでの自車の位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔを算出すると、ＥＣＵ２０では、その位置の変化量Ｄｔと姿勢の変化量Δθｔに基づいて、前時刻ｔ−１から現時刻ｔへの自車位置姿勢変化の変換行列ｔＴｔ−１を推定する（Ｓ１）。また、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｉを１で初期化する（Ｓ２）。前時刻ｔ−１の全ての走査（Ｎ個）（特に、検出点が検出されたもの）について、以下の処理をそれぞれ行う。但し、各走査ｉでは、レーザ光の反射光を受信できた場合には１つの検出点データがあるが、レーザ光の反射光を受光できなかった場合には検出点データがない。
【００４８】
ＥＣＵ２０では、変換行列ｔＴｔ−１を用いて、走査ｉでの前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１のΔｔ秒後の予想位置ｐｐｉ，ｔを算出する（Ｓ３）。検出点データがない走査ｉについては、このＳ３の処理は行われない。そして、ＥＣＵ２０では、変数ｉに１を加算する（Ｓ４）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｉがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ５）。Ｓ５にて変数ｉがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ３に戻って、次の走査ｉについての処理を行う。
【００４９】
Ｓ５にて変数ｉがＮを超えたと判定した場合、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｊを１で初期化する（Ｓ６）。現時刻ｔの全ての走査（Ｎ個）について、以下の処理をそれぞれ行う。
【００５０】
さらに、ＥＣＵ２０では、ループ処理用の変数ｉを１で初期化するとともに、閾値Ｅｍｉｎを初期化する（Ｓ７）。前時刻ｔ−１の全ての走査（Ｎ個）（特に、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されたもの）について、以下の処理をそれぞれ行う。但し、各走査ｉでは、レーザ光の反射光を受信できた場合には検出点データがあるので、予想位置ｐｐｉ，ｔが１つ算出されているが、レーザ光の反射光を受光できなかった場合には検出点データがないので、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されていない。なお、閾値Ｅｍｉｎの初期値は、レーザレーダ１０の検知範囲などを考慮して予め設定される。
【００５１】
ＥＣＵ２０では、予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在するか否かを判定する（Ｓ８）。Ｓ８にて予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在すると判定した場合、ＥＣＵ２０では、その予想位置ｐｐｉ，ｔについての判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）を算出し、判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎより小さいか否かを判定する（Ｓ９）。Ｓ９にて判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎより小さいと判定した場合、この時点において予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しかつ自車に最も近い位置なので、ＥＣＵ２０では、閾値ＥｍｉｎにＥ（ｐｐｉ，ｔ）を設定するとともに、ｉＥｍｉｎ＝ｉを設定する（Ｓ１０）。一方、Ｓ８にて予想位置ｐｐｉ，ｔが走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しないと判定した場合又はＳ９にて判定基準Ｅ（ｐｐｉ，ｔ）が閾値Ｅｍｉｎ以上と判定した場合、Ｓ１０の処理は行われない。また、予想位置ｐｐｉ，ｔが算出されていない走査ｉについては、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０の処理は行われない。そして、ＥＣＵ２０では、変数ｉに１を加算する（Ｓ１１）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｉがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて変数ｉがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ８に戻って、次の走査ｉについての処理を行う。
【００５２】
Ｓ１２にて変数ｉがＮを超えたと判定した場合、ＥＣＵ２０では、走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在しかつ自車に最も近い位置の予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔに対して変化高さｄ分変化させた目標検出位置ｐｔｉＥｍｉｎ，ｔを算出し、この目標検出位置ｐｔｉＥｍｉｎ，ｔに基づいて走査ｊの水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊを算出する（Ｓ１３）。但し、走査ｊの判定領域Ａｊ内に存在する予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが存在しない場合、このＳ１３の処理は行われないので、その走査ｊの水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊは基本角度となる。
【００５３】
走査ｊについての水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが決定する毎に、ＥＣＵ２０では、その水平方向の方位角αｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御するとともに、その鉛直方向の方位角βｊとなるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａを駆動制御する。これによって、レーザレーダ１０では、走査ｊの水平方向の方位角がαｊとなるように水平方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部が回転するとともに走査ｊの鉛直方向の方位角がβｊになるように鉛直方向用のアクチュエータ１０ａによって発光部と受光部が回転し、その走査方位でレーザ光を出射するとともにその反射光を受光する。この際、前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉ，ｔ−１から求められた予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが判定領域Ａｊ内に存在する走査ｊでは、走査方位が基本角度（特に、鉛直方向）から変更されている。
【００５４】
ＥＣＵ２０では、変数ｊに１を加算する（Ｓ１４）。さらに、ＥＣＵ２０では、変数ｊがＮを超えたか否かを判定する（Ｓ１５）。Ｓ１５にて変数ｊがＮ以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、Ｓ７に戻って、次の走査ｊについての処理を行う。
【００５５】
Ｓ１５にて変数ｊがＮを超えたと判定した場合、現時刻ｔの全ての走査ｊについて水平方向の方位角αｊと鉛直方向の方位角βｊが決定された。そして、レーザレーダ１０では、現時刻ｔでの全ての走査ｊについての検出が行われ、現時刻ｔのレーダ信号をＥＣＵ２０に送信する。
【００５６】
現時刻ｔでのレーダ信号を受信し、各走査ｊについての検出点データ（方位ベクトルｎｊ，ｔ、距離Lｊ，ｔ、位置ｐｊ，ｔ、反射強度など）をそれぞれ生成すると、ＥＣＵ２０では、走査ｊ毎に、現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔに基づいて位置ｐｊ，ｔと予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔの水平面での距離差を算出し、この算出した距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下か否かを判定する。走査ｊの判定領域Ａｊ内に予想位置ｐｐｉＥｍｉｎ，ｔが存在しなかった場合、判定対象が存在しないので、この判定は行われない。
【００５７】
水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離より大きいと判定した場合、ＥＣＵ２０では、その検出点は路面に対するものと判定する。したがって、この検出点からは、障害物についての情報が求められない。
【００５８】
水平面での距離差が障害物の最大相対速度ｖｍａｘによるΔｔ秒間での移動距離以下と判定した場合、ＥＣＵ２０では、その検出点は障害物に対するものと判定し、その対応のとれた現時刻ｔの検出点の位置ｐｊ，ｔと前時刻ｔ−１の検出点の位置ｐｉＥｉｎ，ｔ−１から障害物の相対的な移動量、相対速度、さらに、絶対速度などを算出し、障害物の情報を検出する。
【００５９】
そして、ＥＣＵ２０では、検出できた全ての障害物についての情報を障害物情報信号として運転支援装置に送信する。
【００６０】
この障害物検出装置１によれば、走査の判定領域内に予想位置（前時刻の検出点の位置から予想された位置）が存在する場合には現時刻においてその走査については鉛直方向の方位角を変えて検出を行い、その予測位置と現時刻の検出点の位置との水平面での距離差を判定することにより、路面かあるいは路面上の障害物かを高精度に判別することができ、障害物を高精度に検出することができる。さらに、障害物検出装置１では、路面と障害物とを判別するために、各走査において走査方位角を変えるだけで１本のレーザ光だけで構成できるので、構成が複雑化しない。
【００６１】
特に、障害物検出装置１では、前時刻での検出点の位置に対して自車の位置と姿勢の変化量を考慮して現時刻の予想位置を求め、この予想位置の高さを変化させた目標検出位置に基づいて走査の各方位角を決定することにより、路面と障害物とを判別するための適切な方位角を求めることができる。また、障害物検出装置１では、現時刻の予測位置と現時刻の検出点の位置との水平面での距離差で判定を行うことにより、現時刻の予測位置によって前時刻の検出点の位置に対して自車の移動分が予め考慮されているので、判定式が簡単となり、演算量を削減できる。
【００６２】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００６３】
例えば、本実施の形態では車両に搭載される障害物検出装置に適用したが、衝突防止装置、車間制御装置などの運転支援装置や周辺監視装置などの他の装置にも適用可能である。また、検出対象としては、車両以外にも、自動二輪車、自転車、人、落下物などの他の物体でもよい。
【００６４】
また、本実施の形態では位置検出手段としてレーザレーダを用いる構成としたが、ミリ波レーダなどの他のレーダ検出手段を用いてもよい。
【００６５】
また、本実施の形態では現時刻のデータと前時刻のデータとの対応付けを行う構成としたが、前々時刻のデータなどの更に過去のデータとの対応付けも行う構成としてもよい。
【００６６】
また、本実施の形態では前時刻の検出点の位置から現時刻の予想位置を求め、この予想位置に基づいて現時刻の走査方位角を求める構成としたが、前時刻の検出点の位置などに基づいて現時刻の走査方位角を求めるようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態では現時刻の予想位置と現時刻での検出点の位置に基づいて路面かあるいは障害物かを判定する構成としたが、前時刻の検出点の位置と現時刻での検出点の位置などに基づいて路面かあるいは障害物かを判定するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施の形態では判定領域内に予想位置が存在する場合にはその走査についての方位角を決定する構成としたが、通常、検出対象の障害物はレーダの分解能に対して十分に大きいので、各検出時刻における検出点の位置データを位置の近さや反射強度などに基づいてグルーピングし、グループ毎に鉛直方向の方位角を決定するようにしてもよい。このような処理を行うことにより、演算量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態に係る障害物検出装置の構成図である。
【図２】図１のレーザレーダの走査方向を示す図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図３】図１の方位角決定部における処理の説明図であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図４】図１の障害物検出装置によって静止物体を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図５】図１の障害物検出装置によって前方車両を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図６】図１の障害物検出装置によって路面を検出した場合の予想位置と検出位置の一例であり、（ａ）が水平面であり、（ｂ）が鉛直面である。
【図７】図１の方位角決定部における処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…障害物検出装置、１０…レーザレーダ、１０ａ…アクチュエータ、１１…ＧＰＳ受信機、１２…ジャイロセンサ、２０…ＥＣＵ、２１…位置検出部、２２…自車位置変化量検出部、２３…自車姿勢変化量検出部、２４…方位角決定部、２５…障害物／路面判別部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路面上に存在する物体を検出する物体検出装置であって、
物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段と、
前記検出角度設定手段によって設定された検出角度に変化させた前後で前記位置検出手段によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記位置検出手段は、車両に搭載され、
自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出する位置変化量検出手段と、
自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する姿勢変化量検出手段と
を備え、
前記検出角度設定手段は、前記位置検出手段によって検出された位置から前記位置変化量検出手段によって検出された自車の位置の変化量と前記姿勢変化量検出手段によって検出された自車の姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、当該所定時間後の予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定することを特徴とする請求項１に記載する物体検出装置。
【請求項１】
路面上に存在する物体を検出する物体検出装置であって、
物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段で検出する際の少なくとも鉛直方向の検出角度を設定する検出角度設定手段と、
前記検出角度設定手段によって設定された検出角度に変化させた前後で前記位置検出手段によって所定時間間隔でそれぞれ検出された各位置の変化に基づいて路面か又は路面上の物体かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記位置検出手段は、車両に搭載され、
自車の所定時間間隔での位置の変化量を検出する位置変化量検出手段と、
自車の所定時間間隔での姿勢の変化量を検出する姿勢変化量検出手段と
を備え、
前記検出角度設定手段は、前記位置検出手段によって検出された位置から前記位置変化量検出手段によって検出された自車の位置の変化量と前記姿勢変化量検出手段によって検出された自車の姿勢の変化量に基づいて所定時間後の位置を予想し、当該所定時間後の予想位置を鉛直方向に変化させた位置に基づいて検出角度を設定することを特徴とする請求項１に記載する物体検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２１６４６４（Ｐ２００９−２１６４６４Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５８３８８（Ｐ２００８−５８３８８）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]