JP3736520B2 - 車両用障害物認識装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両前方の所定角度範囲内に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて自車両前方の先行車両等の反射物体を認識する車両用物体認識装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、例えば特許文献１に示されるように、光波，ミリ波などの送信波を車両前方に照射し、その反射波に基づいて、車両前方の障害物を認識する物体認識装置が考えられている。この種の装置は、例えば、先行車両等との間隔が短くなったことを検出して警報を発生する装置や、先行車両と所定の車間距離を維持するように車速を制御する装置などに適用され、それらの制御対象としての先行車両の認識に利用されている。
【０００３】
上述した障害物認識装置では、車幅方向及び高さ方向の２方向の内のいずれか一方を基準方向、他方を走査方向とした場合に、基準方向については所定位置に保持したまま、走査方向について所定角度範囲に渡って送信波としてのレーザ光を照射し、その反射光に基づいて反射物までの距離と走査方向の角度とを検出する。すなわち、反射物は、距離及び角度によって定まる位置に存在する点として認識される。このような一走査ライン分の検出処理が終了したら、基準方向についての照射角度を所定角度だけずらし、その状態で一走査ライン分の検出処理を行なう。これにより、反射物までの距離と車幅方向及び高さ方向の２方向の角度とを検出する。
【０００４】
そして、この障害物検出装置では、一走査ライン分の点として認識される反射物同士を車幅方向の位置及び距離に関する条件で一体化してプリセグメントデータを作成する。さらに、距離及び基準方向の位置が近接しているプリセグメントデータ同士を一体化して本セグメントデータを作成する。
【０００５】
ただし、この障害物認識装置では、プリセグメントデータや本セグメントデータを記憶するＲＡＭの節約や処理時間短縮等のため、一走査ライン分の点認識された反射物のすべてを処理するのではなく、プリセグメントデータが所定数になった時点で、その走査ラインに関する一体化処理を中止する。
【０００６】
ここで、車両がカーブ路を走行する際には、レーザ光の照射範囲の中央ではなく周辺において、認識すべき障害物である先行車両が認識される。そのため、車両がカーブ路を走行する場合には、そのカーブ半径を求め、カーブ半径に基づいて一体化処理を開始する基準となるレーザ光を算出する。すなわち、カーブ半径からそのカーブ路上に向かって照射されるレーザ光を求め、このレーザ光と車幅方向の距離が近い反射物から一体化処理を行い、所定のプリセグメントデータが作成された時点でその一体化処理を中止するのである。これにより、車両がカーブ路を走行している場合にも、先行車両を認識するためのプリセグメントデータを得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０１３７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーブ路において先行車両が存在する位置は、カーブ半径のみによっては正しく推測することができない。すなわち、先行車両は、同じカーブ半径を持つカーブ路であっても、自車両と先行車両との車間距離が短い場合にはレーザ光の照射範囲の中央に近い位置において認識され、自車両と先行車両との車間距離が長い場合にはレーザ光の照射範囲の周辺に近い位置において認識される。
【０００９】
従って、上述した従来の障害物認識装置においては、先行車両との車間距離によっては、認識すべき先行車両のプリセグメントデータが作成される前に、プリセグメントデータが所定数に達してしまい、先行車両に対応するプリセグメントデータが作成されない可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、車両がカーブ路を走行する際に、先行車両を一層確実に認識することが可能な車両用障害物認識装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用障害物認識装置は、
車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段とを備え、
一体化手段は、速度検出手段によって検出された走行速度に応じて基準距離を設定し、その基準距離だけ前方に離れた地点が、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径をもつ進行路上に位置する角度を基準角度とし、その基準角度に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする。
【００１２】
上述したように、車両がカーブ路を走行する場合に、先行車両が存在する位置を正しく推測するためには、カーブ半径と先行車両との車間距離とを考慮する必要がある。そのため、請求項１に記載の車両用障害物認識装置においては、車両の走行速度から基準距離を決定し、その基準距離とカーブ半径とに基づいて、点認識される複数の反射物に対して、一体化処理を行なう優先順位を決定することとした。すなわち、先行車両との車間距離は、車両の走行速度から推測して基準距離として設定する。従って、この基準距離とカーブ半径とに基づいて、先行車両が存在する可能性が高い位置を推測でき、その位置から優先的に反射物の一体化処理を行なうことにより、先行車両に対応した反射物体データを作成することができる。
【００１３】
なお、基準距離は、請求項２に記載したように、車両の走行速度が高くなるほど、長くなるように設定されることが好ましい。一般的なドライバーは、車両の走行速度が高くなるほど、車間距離を長く取る傾向にあるためである。
【００１４】
また、請求項３に記載したように、一体化手段が所定の数だけの反射物体データを作成する際、一体化処理の対象となる反射物を、前記基準角度に近い距離に存在する反射物から順次選択することが好ましい。これにより、一体化手段は、基準角度に対応する前方位置及びその付近において検知された反射物に基づく反射物体データを確実に作成することができる。
【００１５】
さらに、一体化手段は、請求項４に記載のように、基準角度の両サイドにおいて、少なくとも１回づつ複数の反射物の一体化処理を行なって反射物体データを作成し、その基準角度から両サイドの反射物体までの距離を比較し、その距離が短いサイドにおいて、次に一体化処理の対象となる複数の反射物を選択することが好ましい。
【００１６】
従来の車両用障害物認識装置においては、カーブ半径から基準角度を求めると、その基準角度の一方のサイドにおいて検知された反射物の一体化処理を行い、次に逆サイドにおいて検知された反射物の一体化処理を行なっていた。しかしながら、逆サイドに認識すべき先行車両に対応する反射物が検知されており、かつ、一方のサイドの一体化処理によって所定数の反射物体データが作成されてしまうと、先行車両を認識するための反射物体データが作成されなくなってしまう。
【００１７】
それに対して、請求項４に記載の車両用障害物認識装置では、基準角度の両サイドにおいて複数の反射物を一体化した反射物体データを作成し、基準角度からのそれぞれの反射物体までの距離に応じて、次に一体化処理を行なうサイドを決定する。従って、基準角度に対応する前方位置から車幅方向に近い位置に存在する障害物の反射物体データを確実に作成することができる。
【００１８】
次に、請求項５に記載の車両用障害物認識装置は、
所定の周期で、車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段を備え、
一体化手段は、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径が所定値よりも小さい場合には、認識手段において、所定時間以上継続して認識されている障害物を基準として、その基準障害物に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする。
【００１９】
例えば、車両の進行路のカーブ半径を、自車両のステアリングの操舵角や自車両に作用するヨーレートに基づいて算出する場合、先行車両が走行しているカーブ路の曲率と自車両の走行しているカーブ路の曲率とが異なると、算出したカーブ半径によっては、先行車両の存在位置を正確に推測できない。
【００２０】
ここで、障害物認識装置を備えた車両は、継続的に先行車両等の障害物の認識を行なっている。このため、先行車両の進行路が直線路からカーブ路に変化する場合を考えてみると、先行車両が直線路からカーブ路への進入を開始した時点では、送信波の照射領域の略中央付近で先行車両が認識されているはずである。そして、カーブ路のカーブ半径に応じて、序々に、その認識領域が送信波の照射領域の周辺へ移動していく。
【００２１】
このため、請求項５に記載の車両用障害物認識装置においては、この先行車両として継続的に認識されている障害物を基準として、点認識される複数の反射物に対して、一体化処理を行なう優先順位を決定することとした。すなわち、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径が所定値よりも小さい場合、すなわち直線路とみなせない場合、所定時間以上継続して認識されている障害物を基準として、その基準障害物に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成するのである。
【００２２】
これにより、先行車両と自車両とが走行するカーブ路の曲率が異なる場合であっても、先行車両は、送信波の照射範囲において、序々にその認識位置を移動させていくものであるため、その先行車両（障害物）の認識位置を基準とすることにより、確実に先行車両に対応する反射物体データを作成することができる。
【００２３】
なお、請求項６及び請求項７の作用効果は、上述した請求項３及び請求項４と同様であるため、説明を省略する。
【００２４】
最後に、請求項８に記載したように、認識手段が、複数の障害物を所定時間以上継続して認識している場合には、車両に最も距離が近い障害物を基準障害物とすることが好ましい。複数の先行車両が存在する場合には、自車両に最も近い距離に存在する先行車両を最も優先して認識すべきだからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態による車両用障害物認識装置について説明する。
【００２６】
なお、本実施形態においては、車間制御装置１に車両用障害物認識装置が適用されており、かつ車間制御装置１は、警報すべき領域に障害物が存在する場合に警報を出力する機能も備えるものである。
【００２７】
図１は、車間制御装置１のシステムブロック図である。車間制御装置１は認識・車間制御ＥＣＵ３を中心に構成されている。認識・車間制御ＥＣＵ３はマイクロコンピュータを主な構成として、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）等を備えている。これらのハード構成は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。
【００２８】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５、車速センサ７、ブレーキスイッチ９、スロットル開度センサ１１から各々検出信号を入力しており、警報音発生器１３、距離表示器１５、センサ異常表示器１７、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力する。また認識・車間制御ＥＣＵ３には、警報音量を設定する警報音量設定器２４、警報判定処理における感度を設定する警報感度設定器２５、クルーズコントロールスイッチ２６、図示しないステアリングホイールの操作量を検出するステアリングセンサ２７、及び自動車に発生したヨーレートを検出するヨーレートセンサ２８が接続されている。また認識・車間制御ＥＣＵ３は、電源スイッチ２９を備え、電源スイッチ２９がオンされることにより、所定の処理を開始する。
【００２９】
レーザレーダセンサ５は、図２（ａ）に示すように、発光部、受光部及びレーザレーダＣＰＵ７０などを主要部として構成されている。発光部は、パルス状のレーザ光を、発光レンズ７１、スキャナ７２及びガラス板７７を介して放射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）７５を備えている。そして、レーザダイオード７５は、レーザダイオード駆動回路７６を介してレーザレーダＣＰＵ７０に接続され、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号によりレーザ光を放射（発光）する。また、スキャナ７２にはポリゴンミラー７３が鉛直軸を中心に回転可能に設けられ、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号がモータ駆動部７４を介して入力されると、このポリゴンミラー７３は図示しないモータの駆動力により回転する。なお、このモータの回転位置は、モータ回転位置センサ７８によって検出され、レーザレーダＣＰＵ７０に出力される。
【００３０】
本実施形態のポリゴンミラー７３は、面倒れ角が異なる６つのミラーを備えているため、車幅方向及び車高方向それぞれの所定角度の範囲で不連続にレーザ光を掃引照射（スキャン）して出力する。このようにレーザ光を２次元的に走査するのであるが、その走査パターンを図３を参照して説明する。なお、図３において、出射されたレーザビームのパターン９２は測定エリア９１内の右端と左端に出射された場合のみを示しており、途中は省略している。また、出射レーザビームパターン９２は、図３では一例として略円形のものを示しているが、この形に限られるものではなく楕円形、長方形等でもよい。さらに、レーザ光を用いるものの他に、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に２方位を測定できる方式であればよい。
【００３１】
図３に示すように、測定エリアの中心方向をＺ軸としたとき、レーザ光はＺ軸に垂直なＸＹ平面内の所定エリアを順次走査する。本実施形態では、高さ方向であるＹ軸を基準方向、車幅方向であるＸ軸を走査方向とし、スキャンエリアは、Ｘ軸方向には０．１５ｄｅｇ×１０５点＝１６ｄｅｇであり、Ｙ軸方向には０．７ｄｅｇ×６ライン＝４ｄｅｇである。また、スキャン方向はＸ軸方向については図３において左から右へ、Ｙ軸方向については図３において上から下へである。具体的には、まずＹ軸方向に見た最上部に位置する第１走査ラインについてＸ軸方向に０．１５°おきに１０５本のレーザ光を照射する。これで１走査ライン分の検出がなされるので、次に、Ｙ軸方向に見た次の位置にある第２走査ラインにおいても同様にＸ軸方向に０．１５°おきに１０５本のレーザ光を照射する。このようにして第６走査ラインまで同様のレーザ光の照射を繰り返す。したがって、左上から右下に向かって、走査ライン毎にレーザ光が走査され、１０５点×６ライン＝６３０点分のデータが得られることとなる。
【００３２】
このような２次元的なスキャンにより、レーザ光の照射角度を示すスキャン角度θｘ，θｙと反射物までの距離に相当するレーザ光の照射から受光までの時間差とが得られる。なお、２つのスキャン角度θｘ，θｙは、それぞれ、出射されたレーザビームをＹＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を縦スキャン角θｙ、出射されたレーザビームをＸＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を横スキャン角θｘと定義する。
【００３３】
レーザレーダセンサ５の受光部は、図示しない障害物に反射されたレーザ光を受光レンズ８１を介して受光し、その強度に対応する電圧を出力する受光素子８３を備えている。そして、この受光素子８３の出力電圧は、増幅器８５にて増幅された後に、コンパレータ８７に出力される。コンパレータ８７は増幅器８５の出力電圧を基準電圧と比較し、出力電圧＞基準電圧となったとき所定の受光信号を時間計測回路８９へ出力する。
【００３４】
時間計測回路８９には、レーザレーダＣＰＵ７０からレーザダイオード駆動回路７６へ出力される駆動信号も入力される。そして、図２（ｂ）に示すように、上記駆動信号をスタートパルスＰＡ、上記受光信号をストップパルスＰＢとし、２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差（すなわち、レーザ光を出射した時刻Ｔ０と反射光を受光した時刻Ｔ１との時間差ΔＴ）を２進デジタル信号に符号化する。レーザレーダＣＰＵ７０は、時間計測回路８９から入力された２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の入力時間差ΔＴから物体までの距離ｒを算出し、その距離ｒ及び対応するスキャン角度θｘ，θｙを基にして位置データを作成する。つまり、レーザレーダ中心を原点（０，０，０）とし、車幅方向をＸ軸、車高方向をＹ軸、車両前方方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標に変換する。そして、このＸＹＺ直交座標に変換された（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを測距データとして認識・車間制御ＥＣＵ３へ出力する。
【００３５】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５からの測距データを基にして障害物を認識し、その認識障害物から得た先行車両の状況に合わせて、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力することにより車速を制御する、いわゆる車間制御を実施する。また、認識障害物が所定の警報領域に所定時間存在した場合等に警報する警報判定処理も同時に実施する。この場合の物体としては、自車の前方を走行する前車やまたは停止している前車等が該当する。
【００３６】
続いて認識・車間制御ＥＣＵ３の内部構成について、制御ブロックとして説明する。レーザレーダセンサ５から出力された測距データは物体認識ブロック４３に送られる。物体認識ブロック４３では、ＸＹＺ直交座標に変換された測距データに対して、後述するプリセグメント化処理及び本セグメント化処理により、車両の前方に存在する障害物毎に一体化する。
【００３７】
そして、障害物毎に一体化された測距データに基づいて、障害物の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び物体の大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ）を求める。なお、Ｗは横幅、Ｄは奥行き、Ｈは高さを示す。さらに、障害物の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の時間的変化に基づいて、自車位置を基準とするその障害物の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を求める。さらに物体認識ブロック４３では、車速センサ７の検出値に基づいて車速演算ブロック４７から出力される車速（自車速）と上記求められた相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とから障害物が停止物体であるか移動物体であるかの識別が行なわれる。このようなデータを持つ物体のモデルを「物標モデル」と呼ぶ。
【００３８】
この物体認識ブロック４３にて求めたデータが異常な範囲の値かどうかがセンサ異常検出ブロック４４にて検出され、異常な範囲の値である場合には、センサ異常表示器１７にその旨の表示がなされる。
【００３９】
また、ステアリングセンサ２７からの信号に基づいて操舵角演算ブロック４９にて操舵角が求められ、ヨーレートセンサ２８からの信号に基づいてヨーレート演算ブロック５１にてヨーレートが演算される。そしてカーブ半径（曲率半径）算出ブロック５７では、車速演算ブロック４７からの車速と操舵角演算ブロック４９からの操舵角とヨーレート演算ブロック５１からのヨーレートとに基づいて、車両が走行する道路のカーブ半径（曲率半径）Ｒを算出する。
【００４０】
このカーブ半径算出ブロック５７で算出されたカーブ半径Ｒ及び車速演算ブロック４７から出力される車速は、物体認識ブロック４３において、上述したプリセグメント化処理を行なう際の開始ポイントを決定するために利用される。この点については、後に詳細に説明する。
【００４１】
さらに、物体認識ブロック４３では、カーブ半径Ｒ、障害物の中心位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ），及び相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）に基づいて自車線確率や車両形状確率を算出する。この車両形状確率や自車線確率については後述する。
【００４２】
そして、先行車判定ブロック５３では、物体認識ブロック４３から自車線確率や車両形状確率を含む障害物に関する各種データを取得し、その取得した各種のデータに基づいて自車両から最も距離の近い先行車両を選択し、その先行車両のＺ軸方向の距離Ｚおよび相対速度Ｖｚを求める。そして、車間制御部及び警報判定部ブロック５５が、この先行車との距離Ｚ、相対速度Ｖｚ、クルーズコントロールスイッチ２６の設定状態およびブレーキスイッチ９の踏み込み状態、スロットル開度センサ１１からの開度および警報感度設定器２５による感度設定値に基づいて、警報判定ならば警報するか否かを判定し、クルーズ判定ならば車速制御の内容を決定する。その結果を、警報が必要ならば、警報発生信号を警報音発生器１３に出力する。また、クルーズ判定ならば、自動変速機制御器２３、ブレーキ駆動器１９およびスロットル駆動器２１に制御信号を出力して、必要な制御を実施する。そして、これらの制御実行時には、距離表示器１５に対して必要な表示信号を出力して、状況をドライバーに告知する。
【００４３】
このような車間制御や警報判定に際しては、その前提となる障害物認識、さらに詳しく言えば、ここでの認識対象である先行車両の認識が適切に行われていることが重要である。そこで、その車両認識を適切に行なうため、認識・車間制御ＥＣＵ３の物体認識ブロック４３において実行される物体認識に関する処理について説明する。
【００４４】
図４（ａ）のフローチャートに、障害物認識に係るメイン処理を示す。図４（ａ）のステップＳ１１０では、レーザレーダセンサ５から走査ライン毎に測距データの読み込みを行なう。なお、レーザレーダセンサ５でのスキャン周期は１００ｍｓｅｃであり、１００ｍｓｅｃ間隔で、全走査ラインの測距データが読み込まれる。
【００４５】
ステップＳ１２０では、測距データのセグメント化を行なう。このセグメント化処理では、上述したように、ＸＹＺ座標において点として認識される測距データをグルーピングしてセグメントを形成する。このセグメント化処理はプリセグメント化処理と本セグメント化処理からなる。
【００４６】
プリセグメント化処理とは、ＸＹＺ直交座標に変換された測距データに関して、走査ライン毎に、所定の接続条件（一体化条件）に合致する測距データを集めて１つのプリセグメントデータを生成することをいう。
【００４７】
このプリセグメントデータは、図５（ｂ）に示すように車幅方向をＸ軸、車両進行方向をＺ軸とした直交座標系を考えた場合のＸＺ平面上の２次元領域を示すデータとして表される。すなわち、Ｙ軸方向の高さは、Ｙ軸方向におけるレーザ光のスキャン角度（０．７ｄｅｇ）によって一義的に決まるので、この高さ方向は省略される。図５（ａ）は座標変換された点データであり、図５（ｂ）はプリセグメント化されたデータを示している。
【００４８】
このプリセグメント化処理における接続条件は、点認識されたデータ同士のＸ軸方向の距離△Ｘが２０ｃｍ以下、Ｚ軸方向の距離△Ｚが５ｍ以下という２条件であり、この２条件を満足する点集合を一体化してプリセグメントデータを生成する。従って、プリセグメントデータは、一体化された点集合を含むような大きさに設定され、Ｘ軸及びＺ軸に平行な２辺を持つ長方形の領域であり、中心座標（Ｘ，Ｚ）と大きさを示すための２辺のデータ（Ｗ，Ｄ）をデータ内容とする。すなわち、図５（ｂ）においては、２種のプリセグメントデータ（ｘａ，ｚａ），（ｗａ，ｄａ）及び（ｘｂ，ｚｂ），（ｗｂ，ｄｂ）が示されている。なお、Ｘ軸方向の長さをｗで表し、Ｙ軸方向の長さをｄで表している。
【００４９】
プリセグメント化処理にあたって、まず、先行車両が継続して認識できている場合には、その先行車両の中心位置（Ｘ，Ｚ）から、セグメント化処理の開始ポイントを求める。また、先行車両が継続して認識できていない場合には、カーブ半径Ｒ及び車速に基づいてセグメント化処理の開始ポイントを求める。なお、本実施形態においては、所定のスキャンエリアに複数本のレーザ光を照射し、その反射波から測距データを求めるものであるため、セグメント化処理の開始ポイントをそのレーザ光が照射される番号（対象ビーム番号と称する。）によって示すこととする。
【００５０】
そして、この対象ビーム番号は、図６に示すように、車幅方向の走査角度範囲内の中央の角度（中心ビーム番号）からの角度差から算出できる。そして、この対象ビーム番号から後述のプリセグメント化処理を開始することにより、自車両３００がカーブ路３２０を走行していても、自車両３００の進行路３３０に存在する先行車両３４０を確実に認識することができる。
【００５１】
対象ビーム番号の具体的な算出方法を、図７に基づいて説明する。まず、先行車両が安定して認識できている場合には、その先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から、以下の数式１に従って対象ビーム番号を求める。これは、先行車両がカーブ路を走行している場合には、そのカーブ半径に応じて、序々に、先行車両を認識する領域がレーザ光のスキャンエリアの周辺へ移動していくため、前回の先行車両の認識位置を基準として対象ビーム番号を求めることで、確実に先行車両に対応するプリセグメントデータが作成できるためである。
【００５２】
【数式１】
【００５３】
ここで、数式１における、０．１５とは、レーザ光の照射角度（ｄeｇ）の間隔を表し、中心ビーム番号とは、１走査ラインに対して１０５点分のレーザ光を照射するため、この１０５点分の中心に相当する点である５３番目のビーム番号を表す。また、ΔＸは、車両３００の旋回中心１００に対する車両用障害物認識装置３５０の取り付け位置の車幅方向におけるオフセット量を示すものである。なお、旋回中心１００とは、ステアリングを操舵して車両が旋回していく場合に、車両が旋回していく基準点をいう。
【００５４】
ただし、上記のように先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から対象ビーム番号を求めるのは、以下の条件が満たされる場合に限られる。
【００５５】
▲１▼所定時間以上、継続して認識していること。
所定時間以上、移動物として認識できている障害物は、自車両の前方を走行する先行車両とみなせるためである。
【００５６】
▲２▼認識している障害物の相対速度の変化が所定値以下であること。
例えば、キャッツアイや道路脇のポール等が繰り返し現れる場合、静止物であるにも係わらず、同じ位置に現れるため移動物と認識することがある。ただし、このような繰り返し現れる静止物は、自車両との相対速度が、通常の車両ではありえないような大きさの変化が生じる。従って、相対速度の変化の大きさから繰り返し現れる静止物を先行車両と誤認識することを防止できる。
【００５７】
▲３▼自車線確率が所定のパーセンテージ以上であること。
自車線確率の詳細については後述するが、自車両と同じ走行車線を走行している確からしさを、その障害物の位置から求めるものである。
【００５８】
▲４▼車両がカーブ路を走行していること。
車両がカーブ路を走行していない場合、すなわち直線路を走行している場合には、先行車両の認識エリアを広げておくためにも、レーザ光のスキャンエリアの中心ビーム番号をプリセグメント化処理の開始ポイントとすることが好ましいためである。
【００５９】
なお、上記した条件を満たす先行車両と認識される障害物が複数存在するときには、自車両との距離が短い先行車両を選択し、その選択した先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から対象ビーム番号を求める。
【００６０】
次に、先行車両が継続して認識できていない場合には、カーブ半径Ｒ及び車速に基づいて対象ビーム番号を算出するが、その算出方法について説明する。
【００６１】
対象ビーム番号は、自車両３００を基準としたＸＺ座標系において、先行車両が存在するであろうと予測されるカーブ路上の位置（上記した先行車両の中心位置（Ｘ０、Ｚ０）に相当する）から求めることができる。
【００６２】
本実施形態では、この予測位置を以下のようにして求める。まず、自車両の走行速度に応じて基準距離を求め、この基準距離を上記予測位置におけるＺ０とする。この基準距離は、走行速度が高くなるほど長くなるように、予め走行速度から一義的に求められように、算出式が定義されたり、あるいはマップ等に記憶されている。走行速度が高くなるにつれて基準距離を長くする理由は、一般的なドライバーは、車両の走行速度が高くなるほど、車間距離を長く取る傾向にあり、それを模擬するためである。
【００６３】
そして、その基準距離を予測位置（Ｘ０，Ｚ０）における距離Ｚ０として設定すると、横位置Ｘ０が、下記の数式２に示すように、予測位置における距離Ｚ０とカーブ半径Ｒとによって表わされる。
【００６４】
【数２】
【００６５】
さらに、横位置Ｘ０は、数式３によっても算出することができる。
【００６６】
【数３】
【００６７】
ここで、ΔＺとは、車両３００の旋回中心１００に対する車両用障害物認識装置３５０の取り付け位置の車両前後方向におけるオフセット量を示すものである。
【００６８】
そして、数式２及び数式３において両式の横位置Ｘ０を等価に取ることにより、数式４に示すように対象ビーム番号を算出することができる。
【００６９】
【数４】
【００７０】
このようにして対象ビーム番号が算出されると、この対象ビーム番号を基準として、点認識されたデータ（以下、点データという）に対して、両端側に向けて順にプリセグメント化処理を行っていく。このプリセグメント化を行なう順序について図８を用いて説明する。
【００７１】
図８に示す例では、対象ビーム番号の位置にてプリセグメントデータ▲１▼が作成され、次に対象ビーム番号の右側において、接続条件を満たす点データを検索した結果、プリセグメントデータ▲２▼が作成される。このプリセグメントデータ▲２▼が作成された後、今度は対象ビーム番号の左側において接続条件を満たす点データを検索する。この検索により、プリセグメントデータ▲３▼が作成される。
【００７２】
そして、このように対象ビーム番号の両サイドにおいて、プリセグメントデータ▲２▼，▲３▼が作成されると、プリセグメントデータ▲２▼，▲３▼の対象ビーム番号位置からの距離が比較される。このとき、プリセグメントデータ▲２▼の方がプリセグメントデータ▲３▼よりも対象ビーム番号位置に近い。従って、プリセグメントデータ▲３▼が作成された後には、基準ビーム番号の右側を検索対象とし、プリセグメントデータ▲２▼以降の点データの中で接続条件を満たす点データを検索する。この結果、プリセグメントデータ▲４▼が作成されると、今後は、プリセグメントデータ▲３▼とプリセグメントデータ▲４▼との対象ビーム番号位置からの距離が比較される。以下、同様にして、対象ビーム番号位置から近い距離にプリセグメントデータが作成されたサイドを対象として、接続条件に合致する点データを検索するのである。
【００７３】
従来の車両用障害物認識装置では、例えば基準ビーム番号の右側において、その端部までプリセグメントデータの形成が終了した後に、基準ビーム番号の左側にてプリセグメントデータを作成するようにしていた。しかしながら、このような手順でプリセグメントデータを作成すると、本来認識すべき先行車両に対応するプリセグメントデータの作成ができなくなる可能性が生じる。すなわち、認識すべき先行車両に対応する点データが存在するサイドとは逆サイドからプリセグメントデータを作成した場合であって、その逆サイドにおいて作成されたプリセグメントデータが所定数に達してしまうと、それ以上のプリセグメントデータの作成は行なわれなくなってしまう。
【００７４】
これに対して、上述のような手順で、プリセグメントデータを作成していくことで、確実に基準ビーム番号位置に近い障害物に対応するプリセグメントデータを作成することができる。
【００７５】
そして、上述の手順で作成されたプリセグメントデータの数が所定の上限値となったらプリセグメント化処理を中止する。本実施形態では、このプリセグメント化処理を中止する上限値として、中央の第３，４ラインの上限値を「１２」として最も大きくし、続いて第２，５ラインの上限値を「８」とし、最後に第１，６ラインの上限値を「４」とし設定している。このように各ラインで上限値を設けているのは、ＲＡＭの節約と、処理時間短縮のためである。また、中央の第３，４ラインの上限値の数が、端の第１，６ラインの上限値の数よりも多くなっているのは、端の第１，６ラインでは、看板やキャッツアイ等が多く検出されることからこのラインの上限値の数を少なくし、スキャンエリアの中央付近のデータを優先して用いるためである。
【００７６】
次に、本セグメント化処理について説明する。本セグメント化処理とは、走査ライン毎に作成されたプリセグメントデータの内、同一あるいは隣接するラインのプリセグメントデータが所定の一体化条件を満たす場合、それらのプリセグメントデータを集めて１つの本セグメントデータを生成するものである。
【００７７】
この本セグメントデータは、図9（ｂ）に示すように、車幅方向をＸ軸、高さ方向をＹ軸、車両の前後方向をＺ軸とした直交座標系を考えた場合の３次元領域を示すデータとして表される。具体的には、第１ラインから第６ラインにて一体化されたプリセグメントデータの内、一体化条件を満たすプリセグメントデータの全てを含むような大きさに設定された、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ平行な３辺を持つ直方体の領域となる。すなわち、本セグメントデータはは、その中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と大きさを示すための３辺の長さ（Ｗ，Ｈ，Ｄ）をデータ内容とする。なお、Ｘ軸方向の長さ（横幅：Ｗｉｄｔｈ）をＷとし、Ｙ軸方向の長さ（高さ：Ｈｅｉｇｈｔ）をＨとし、Ｚ軸方向の長さ（奥行き：Ｄｅｐｔｈ）をＤで表している。
【００７８】
上述したプリセグメント化処理によって走査ライン毎にプリセグメントデータが生成されているので、この本セグメント化では、３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）空間で近接するプリセグメントデータ同士を一体化（本セグメント化）する。具体的な本セグメント化処理については後述するが、全てのプリセグメントデータに対して本セグメント化を行なうのではなく、その本セグメントデータ数が上限値となったら一体化処理を中止する。具体的には、最上段の第１ラインから最下段の第６ラインへと本セグメント化していき、本セグメントデータ数が所定の上限値となったら一体化処理を中止する。本実施形態では、この一体化処理を中止する上限値を１６と設定している。なお、この本セグメント化処理の対象となる走査ラインの順番は、より先行車両を含む可能性の高い第３ラインあるいは第４ラインから開始するようにしても良い。
【００７９】
次に、本セグメント化する場合の具体的な手順及び一体化条件について説明する。図９は、本セグメント化の具体的な手順を示す図である。最初に、第１ラインのプリセグメント化処理がなされ、このプリセグメントデータである２辺の長さ（ｗ１，ｄ１）及び中心座標（ｘ１，ｚ１）から、次のようにして第１ラインの本セグメントデータである３辺の長さ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）及び中心座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が求められる。
【００８０】
まず、３辺の長さ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）は、プリセグメントデータであるｗ１，ｄ１をそれぞれ本セグメントデータのＷ１，Ｄ１とすると共に、１ライン分に対するＹ軸方向の角度分解能である０．７ｄｅｇを極・直交座標変換した長さとしてＨ１を与えることにより決定される。さらに、中心座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は、プリセグメントデータであるｘ１，ｚ１をそれぞれ本セグメントデータのＸ１，Ｚ１とすると共に、Ｙ１は、第１から第６ラインのうち中心ラインをなす基準ラインからの第１ラインの角度に基づいて決定される。
【００８１】
続いて、第２ラインのプリセグメント化処理がなされ、このプリセグメントデータである２辺の長さ（ｗ２，ｄ２）及び中心座標（ｘ２，ｚ２）が求められる。このプリセグメントデータが第1ラインの本セグメントデータと一体化条件を満足する場合には、このプリセグメントデータと第１ラインの本セグメントデータ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）及び（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）から第２ラインの本セグメントデータである３辺の長さ（Ｗ２，Ｈ２，Ｄ２）及び中心座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が求められる。この第２ラインの本セグメントデータの３辺の長さであるＷ２，Ｄ２は、ＸＺ平面で見て、第１ラインの本セグメントデータＷ１，Ｄ１にて特徴付けられる領域と第２ラインのプリセグメントデータのｗ２，ｄ２にて特徴付けられる領域の両方を含むように設定される。またＨ２は、２ライン分に対するＹ軸方向の角度分解能である１．４ｄｅｇを極・直交座標変換した長さとして決定される。さらに、本セグメントデータの中心座標であるＸ２，Ｚ２は、上記Ｗ２，Ｄ２により特徴付けられる領域の中心点として与えられ、Ｙ２は、第１ラインから第６ラインのうち中心ラインをなす基準ラインからの第１ラインと第２ラインの中間点の角度に基づいて決定される。
【００８２】
そして、同様に上記処理が繰り返され、第６ラインの本セグメント化までなされて終了する。ここで、本セグメント化する場合の一体化条件は、プリセグメントデータ間のＸ軸方向の距離△Ｘが２０ｃｍ以下、Ｚ軸方向の距離△Ｚが５ｍ以下という上述したプリセグメント化の場合と同じ２条件に、Ｙ軸方向の距離△Ｙについて同一のラインか隣接するラインという条件を加えた３条件である。この３条件を共に満たす場合にだけ一体化する。
【００８３】
次に、ステップＳ１３０の物標化処理について、図４（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。
【００８４】
物標化処理においては、まず、物標モデルの対応セグメントを検索する（Ｓ１３１）。これは、前回までに得た物標モデルが、今回検出した本セグメントの内のいずれと一致するかを検索する処理であり、物標モデルに対応する本セグメントとは次のように定義する。まず、物標モデルが前回処理時の位置から前回処理時における相対速度で移動したと仮定した場合、現在物標モデルが存在するであろう推定位置を算出する。続いて、その推定位置の周囲に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向それぞれに所定量の幅を有する推定移動範囲を設定する。そして、その推定移動範囲に少なくとも一部が含まれる本セグメントを対応する本セグメントとする。
【００８５】
ステップＳ１３２では、物標モデルのデータ更新処理を実行する。この処理は、対応する本セグメントがあれば物標モデルの過去データを、現在の対応セグメントのデータに基づいて更新するものである。更新されるデータは、中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、幅Ｗ、高さＨ、奥行きＤ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）、中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の過去４回分のデータ、自車線確率などである。なお、対応する本セグメントがない場合は、物標モデルのデータ更新は行なわず、新規物標モデルとして登録する。
【００８６】
その後、ステップＳ１３３にて車両形状確率の算出を行なう。車両形状確率とは、物標モデルが車両である確率を示す指標であり、相対加速度、形状、位置、及び検出時間に基づいて算出される。車両形状確率の取り得る範囲は０〜１００％であり、各物標モデルごとに車両形状確率瞬時値を算出したら、瞬間的なノイズやバラツキによる影響を低減するために、平均化処理がなされる。なお、車両形状確率の算出方法に関しては、例えば、特開２００２−４０１３９等に詳しく記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００８７】
次に、ステップＳ１３４において、自車線確率の算出を行なう。自車線確率とは、物標モデルが自車と同一車線を走行している車両である確からしさを表すパラメータである。本実施形態では、自車線確率瞬時値（その瞬間の検出データに基づいて算出された値）を算出した後、所定のフィルタ処理を施して自車線確率を求める。
【００８８】
まず、物標モデルの位置を、カーブ半径算出ブロック５７にて算出したカーブ半径に基づいて直線路走行時の位置に換算する。このように直進路に変換して得られた位置を、自車線確率マップに重ねて、物標モデルの自車線確率瞬時値を求める。なお、自車線確率マップとは、自車の前方の所定範囲（例えば左右それぞれ５ｍ、前方１００ｍ）を複数の領域に分け、その前方距離が近いほど、また自車の進路上に近いほど、確率が高くなるように各領域確率が付与されたマップである。
【００８９】
自車線確率瞬時値を求めた後は、自車線確率前回値との加重平均によりフィルタ処理を施して自車線確率を求める。なお、この自車線確率の算出方法に関しても、上記の特開２００２−４０１３９等に詳しく記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００９０】
このようにして物標化処理が行なわれた後、先行車判定ブロック５３に、上述した車両形状確率及び自車線確率を含む物標モデルのデータが出力される。そして、先行車判定ブロック５３では、例えば車両形状確率が所定のしきい値（例えば５０％）以上、且つ自車線確率が所定のしきい値（例えば５０％）以上の物標モデルの中で、距離Ｚが最小のものを先行車と判断する。そして、この先行車の物標モデルの距離Ｚ及び相対速度Ｖｚを求め、車間制御部及び警報判定部ブロック５５に出力する。これにより、車間制御部及び警報判定部ブロック５５では、先行車との距離Ｚ及び相対速度Ｖｚに基づいて、車間制御処理及び警報判定処理が実行できる。
【００９１】
なお、本発明はこのような実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。
【００９２】
上記実施形態では、レーザ光の２次元スキャンを行うために面倒れ角が異なるポリゴンミラー７３を用いたが、例えば車幅方向にスキャン可能なガルバノミラーを用い、そのミラー面の倒れ角を変更可能な機構を用いても同様に実現できる。但し、ポリゴンミラー７３の場合には、回転駆動だけで２次元スキャンが実現できるという利点がある。
【００９３】
上記実施形態では、レーザレーダセンサ５内部において、距離及び対応するスキャン角度θｘ，θｙを極座標系からＸＹＺ直交座標系に変換していたが、その処理を物体認識ブロック４３において行っても良い。
【００９４】
上記実施形態では、レーザ光を用いたレーザレーダセンサ５を採用したが、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に方位を測定できる方式であればよい。そして、例えばミリ波でＦＭＣＷレーダ又はドップラーレーダなどを用いた場合には、反射波（受信波）から先行車までの距離情報と先行車の相対速度情報が一度に得られるため、レーザ光を用いた場合のように、距離情報に基づいて相対速度を算出するという過程は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用障害物認識装置が適用された車間制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はレーザレーダセンサの構成を示す構成図であり、（ｂ）はレーザレーダセンサにおける距離検出方法を説明するための説明図である。
【図３】レーザレーダセンサの照射可能領域を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は物体認識に係わる処理を示すフローチャートであり、（ｂ）は（ａ）のフローチャートにおいて実行される物標化処理を示すフローチャートである。
【図５】（ａ），（ｂ）は障害物認識処理におけるプリセグメント化処理の内容を説明するための説明図である。
【図６】対象ビーム番号を概念的に説明するための説明図である。
【図７】対象ビーム番号の算出方法を説明するための説明図である。
【図８】プリセグメントデータの算出の順序を説明するための説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は障害物認識処理における本セグメント化処理の内容を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…車両制御装置、３…認識・車間制御ＥＣＵ、５…レーザレーダセンサ、７…車速センサ、９…ブレーキスイッチ、１１…スロットル開度センサ、１３…警報音発生器、１５…距離表示器、１７…センサ異常表示器、１９…ブレーキ駆動器、２１…スロットル駆動器、２３…自動変速機制御器、２４…警報音量設定器、２５…警報感度設定器、２６…クルーズコントロールスイッチ、２７…ステアリングセンサ、２８…ヨーレートセンサ、２９…電源スイッチ、３０…ワイパスイッチ、４３…物体認識ブロック、４４…センサ異常検出ブロック、４７…車速演算ブロック、４９…操舵角演算ブロック、５１…ヨーレート演算ブロック、５３…先行車判定ブロック、５５…車間制御部及び警報判定部ブロック、５７…カーブ半径算出ブロック、７０…レーザレーダＣＰＵ、７１…発光レンズ、７２…スキャナ、７３…ミラー、７４…モータ駆動回路、７５…半導体レーザダイオード、７６…レーザダイオード駆動回路、７７…ガラス板、８１…受光レンズ、８３…受光素子、８５…アンプ、８７…コンパレータ、８９…時間計測回路
【産業上の利用分野】
本発明は、車両前方の所定角度範囲内に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて自車両前方の先行車両等の反射物体を認識する車両用物体認識装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、例えば特許文献１に示されるように、光波，ミリ波などの送信波を車両前方に照射し、その反射波に基づいて、車両前方の障害物を認識する物体認識装置が考えられている。この種の装置は、例えば、先行車両等との間隔が短くなったことを検出して警報を発生する装置や、先行車両と所定の車間距離を維持するように車速を制御する装置などに適用され、それらの制御対象としての先行車両の認識に利用されている。
【０００３】
上述した障害物認識装置では、車幅方向及び高さ方向の２方向の内のいずれか一方を基準方向、他方を走査方向とした場合に、基準方向については所定位置に保持したまま、走査方向について所定角度範囲に渡って送信波としてのレーザ光を照射し、その反射光に基づいて反射物までの距離と走査方向の角度とを検出する。すなわち、反射物は、距離及び角度によって定まる位置に存在する点として認識される。このような一走査ライン分の検出処理が終了したら、基準方向についての照射角度を所定角度だけずらし、その状態で一走査ライン分の検出処理を行なう。これにより、反射物までの距離と車幅方向及び高さ方向の２方向の角度とを検出する。
【０００４】
そして、この障害物検出装置では、一走査ライン分の点として認識される反射物同士を車幅方向の位置及び距離に関する条件で一体化してプリセグメントデータを作成する。さらに、距離及び基準方向の位置が近接しているプリセグメントデータ同士を一体化して本セグメントデータを作成する。
【０００５】
ただし、この障害物認識装置では、プリセグメントデータや本セグメントデータを記憶するＲＡＭの節約や処理時間短縮等のため、一走査ライン分の点認識された反射物のすべてを処理するのではなく、プリセグメントデータが所定数になった時点で、その走査ラインに関する一体化処理を中止する。
【０００６】
ここで、車両がカーブ路を走行する際には、レーザ光の照射範囲の中央ではなく周辺において、認識すべき障害物である先行車両が認識される。そのため、車両がカーブ路を走行する場合には、そのカーブ半径を求め、カーブ半径に基づいて一体化処理を開始する基準となるレーザ光を算出する。すなわち、カーブ半径からそのカーブ路上に向かって照射されるレーザ光を求め、このレーザ光と車幅方向の距離が近い反射物から一体化処理を行い、所定のプリセグメントデータが作成された時点でその一体化処理を中止するのである。これにより、車両がカーブ路を走行している場合にも、先行車両を認識するためのプリセグメントデータを得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０１３７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーブ路において先行車両が存在する位置は、カーブ半径のみによっては正しく推測することができない。すなわち、先行車両は、同じカーブ半径を持つカーブ路であっても、自車両と先行車両との車間距離が短い場合にはレーザ光の照射範囲の中央に近い位置において認識され、自車両と先行車両との車間距離が長い場合にはレーザ光の照射範囲の周辺に近い位置において認識される。
【０００９】
従って、上述した従来の障害物認識装置においては、先行車両との車間距離によっては、認識すべき先行車両のプリセグメントデータが作成される前に、プリセグメントデータが所定数に達してしまい、先行車両に対応するプリセグメントデータが作成されない可能性がある。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、車両がカーブ路を走行する際に、先行車両を一層確実に認識することが可能な車両用障害物認識装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用障害物認識装置は、
車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段とを備え、
一体化手段は、速度検出手段によって検出された走行速度に応じて基準距離を設定し、その基準距離だけ前方に離れた地点が、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径をもつ進行路上に位置する角度を基準角度とし、その基準角度に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする。
【００１２】
上述したように、車両がカーブ路を走行する場合に、先行車両が存在する位置を正しく推測するためには、カーブ半径と先行車両との車間距離とを考慮する必要がある。そのため、請求項１に記載の車両用障害物認識装置においては、車両の走行速度から基準距離を決定し、その基準距離とカーブ半径とに基づいて、点認識される複数の反射物に対して、一体化処理を行なう優先順位を決定することとした。すなわち、先行車両との車間距離は、車両の走行速度から推測して基準距離として設定する。従って、この基準距離とカーブ半径とに基づいて、先行車両が存在する可能性が高い位置を推測でき、その位置から優先的に反射物の一体化処理を行なうことにより、先行車両に対応した反射物体データを作成することができる。
【００１３】
なお、基準距離は、請求項２に記載したように、車両の走行速度が高くなるほど、長くなるように設定されることが好ましい。一般的なドライバーは、車両の走行速度が高くなるほど、車間距離を長く取る傾向にあるためである。
【００１４】
また、請求項３に記載したように、一体化手段が所定の数だけの反射物体データを作成する際、一体化処理の対象となる反射物を、前記基準角度に近い距離に存在する反射物から順次選択することが好ましい。これにより、一体化手段は、基準角度に対応する前方位置及びその付近において検知された反射物に基づく反射物体データを確実に作成することができる。
【００１５】
さらに、一体化手段は、請求項４に記載のように、基準角度の両サイドにおいて、少なくとも１回づつ複数の反射物の一体化処理を行なって反射物体データを作成し、その基準角度から両サイドの反射物体までの距離を比較し、その距離が短いサイドにおいて、次に一体化処理の対象となる複数の反射物を選択することが好ましい。
【００１６】
従来の車両用障害物認識装置においては、カーブ半径から基準角度を求めると、その基準角度の一方のサイドにおいて検知された反射物の一体化処理を行い、次に逆サイドにおいて検知された反射物の一体化処理を行なっていた。しかしながら、逆サイドに認識すべき先行車両に対応する反射物が検知されており、かつ、一方のサイドの一体化処理によって所定数の反射物体データが作成されてしまうと、先行車両を認識するための反射物体データが作成されなくなってしまう。
【００１７】
それに対して、請求項４に記載の車両用障害物認識装置では、基準角度の両サイドにおいて複数の反射物を一体化した反射物体データを作成し、基準角度からのそれぞれの反射物体までの距離に応じて、次に一体化処理を行なうサイドを決定する。従って、基準角度に対応する前方位置から車幅方向に近い位置に存在する障害物の反射物体データを確実に作成することができる。
【００１８】
次に、請求項５に記載の車両用障害物認識装置は、
所定の周期で、車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段を備え、
一体化手段は、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径が所定値よりも小さい場合には、認識手段において、所定時間以上継続して認識されている障害物を基準として、その基準障害物に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする。
【００１９】
例えば、車両の進行路のカーブ半径を、自車両のステアリングの操舵角や自車両に作用するヨーレートに基づいて算出する場合、先行車両が走行しているカーブ路の曲率と自車両の走行しているカーブ路の曲率とが異なると、算出したカーブ半径によっては、先行車両の存在位置を正確に推測できない。
【００２０】
ここで、障害物認識装置を備えた車両は、継続的に先行車両等の障害物の認識を行なっている。このため、先行車両の進行路が直線路からカーブ路に変化する場合を考えてみると、先行車両が直線路からカーブ路への進入を開始した時点では、送信波の照射領域の略中央付近で先行車両が認識されているはずである。そして、カーブ路のカーブ半径に応じて、序々に、その認識領域が送信波の照射領域の周辺へ移動していく。
【００２１】
このため、請求項５に記載の車両用障害物認識装置においては、この先行車両として継続的に認識されている障害物を基準として、点認識される複数の反射物に対して、一体化処理を行なう優先順位を決定することとした。すなわち、カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径が所定値よりも小さい場合、すなわち直線路とみなせない場合、所定時間以上継続して認識されている障害物を基準として、その基準障害物に対して車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成するのである。
【００２２】
これにより、先行車両と自車両とが走行するカーブ路の曲率が異なる場合であっても、先行車両は、送信波の照射範囲において、序々にその認識位置を移動させていくものであるため、その先行車両（障害物）の認識位置を基準とすることにより、確実に先行車両に対応する反射物体データを作成することができる。
【００２３】
なお、請求項６及び請求項７の作用効果は、上述した請求項３及び請求項４と同様であるため、説明を省略する。
【００２４】
最後に、請求項８に記載したように、認識手段が、複数の障害物を所定時間以上継続して認識している場合には、車両に最も距離が近い障害物を基準障害物とすることが好ましい。複数の先行車両が存在する場合には、自車両に最も近い距離に存在する先行車両を最も優先して認識すべきだからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態による車両用障害物認識装置について説明する。
【００２６】
なお、本実施形態においては、車間制御装置１に車両用障害物認識装置が適用されており、かつ車間制御装置１は、警報すべき領域に障害物が存在する場合に警報を出力する機能も備えるものである。
【００２７】
図１は、車間制御装置１のシステムブロック図である。車間制御装置１は認識・車間制御ＥＣＵ３を中心に構成されている。認識・車間制御ＥＣＵ３はマイクロコンピュータを主な構成として、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）等を備えている。これらのハード構成は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。
【００２８】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５、車速センサ７、ブレーキスイッチ９、スロットル開度センサ１１から各々検出信号を入力しており、警報音発生器１３、距離表示器１５、センサ異常表示器１７、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力する。また認識・車間制御ＥＣＵ３には、警報音量を設定する警報音量設定器２４、警報判定処理における感度を設定する警報感度設定器２５、クルーズコントロールスイッチ２６、図示しないステアリングホイールの操作量を検出するステアリングセンサ２７、及び自動車に発生したヨーレートを検出するヨーレートセンサ２８が接続されている。また認識・車間制御ＥＣＵ３は、電源スイッチ２９を備え、電源スイッチ２９がオンされることにより、所定の処理を開始する。
【００２９】
レーザレーダセンサ５は、図２（ａ）に示すように、発光部、受光部及びレーザレーダＣＰＵ７０などを主要部として構成されている。発光部は、パルス状のレーザ光を、発光レンズ７１、スキャナ７２及びガラス板７７を介して放射する半導体レーザダイオード（以下、単にレーザダイオードと記載）７５を備えている。そして、レーザダイオード７５は、レーザダイオード駆動回路７６を介してレーザレーダＣＰＵ７０に接続され、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号によりレーザ光を放射（発光）する。また、スキャナ７２にはポリゴンミラー７３が鉛直軸を中心に回転可能に設けられ、レーザレーダＣＰＵ７０からの駆動信号がモータ駆動部７４を介して入力されると、このポリゴンミラー７３は図示しないモータの駆動力により回転する。なお、このモータの回転位置は、モータ回転位置センサ７８によって検出され、レーザレーダＣＰＵ７０に出力される。
【００３０】
本実施形態のポリゴンミラー７３は、面倒れ角が異なる６つのミラーを備えているため、車幅方向及び車高方向それぞれの所定角度の範囲で不連続にレーザ光を掃引照射（スキャン）して出力する。このようにレーザ光を２次元的に走査するのであるが、その走査パターンを図３を参照して説明する。なお、図３において、出射されたレーザビームのパターン９２は測定エリア９１内の右端と左端に出射された場合のみを示しており、途中は省略している。また、出射レーザビームパターン９２は、図３では一例として略円形のものを示しているが、この形に限られるものではなく楕円形、長方形等でもよい。さらに、レーザ光を用いるものの他に、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に２方位を測定できる方式であればよい。
【００３１】
図３に示すように、測定エリアの中心方向をＺ軸としたとき、レーザ光はＺ軸に垂直なＸＹ平面内の所定エリアを順次走査する。本実施形態では、高さ方向であるＹ軸を基準方向、車幅方向であるＸ軸を走査方向とし、スキャンエリアは、Ｘ軸方向には０．１５ｄｅｇ×１０５点＝１６ｄｅｇであり、Ｙ軸方向には０．７ｄｅｇ×６ライン＝４ｄｅｇである。また、スキャン方向はＸ軸方向については図３において左から右へ、Ｙ軸方向については図３において上から下へである。具体的には、まずＹ軸方向に見た最上部に位置する第１走査ラインについてＸ軸方向に０．１５°おきに１０５本のレーザ光を照射する。これで１走査ライン分の検出がなされるので、次に、Ｙ軸方向に見た次の位置にある第２走査ラインにおいても同様にＸ軸方向に０．１５°おきに１０５本のレーザ光を照射する。このようにして第６走査ラインまで同様のレーザ光の照射を繰り返す。したがって、左上から右下に向かって、走査ライン毎にレーザ光が走査され、１０５点×６ライン＝６３０点分のデータが得られることとなる。
【００３２】
このような２次元的なスキャンにより、レーザ光の照射角度を示すスキャン角度θｘ，θｙと反射物までの距離に相当するレーザ光の照射から受光までの時間差とが得られる。なお、２つのスキャン角度θｘ，θｙは、それぞれ、出射されたレーザビームをＹＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を縦スキャン角θｙ、出射されたレーザビームをＸＺ平面に投影した線とＺ軸との角度を横スキャン角θｘと定義する。
【００３３】
レーザレーダセンサ５の受光部は、図示しない障害物に反射されたレーザ光を受光レンズ８１を介して受光し、その強度に対応する電圧を出力する受光素子８３を備えている。そして、この受光素子８３の出力電圧は、増幅器８５にて増幅された後に、コンパレータ８７に出力される。コンパレータ８７は増幅器８５の出力電圧を基準電圧と比較し、出力電圧＞基準電圧となったとき所定の受光信号を時間計測回路８９へ出力する。
【００３４】
時間計測回路８９には、レーザレーダＣＰＵ７０からレーザダイオード駆動回路７６へ出力される駆動信号も入力される。そして、図２（ｂ）に示すように、上記駆動信号をスタートパルスＰＡ、上記受光信号をストップパルスＰＢとし、２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の位相差（すなわち、レーザ光を出射した時刻Ｔ０と反射光を受光した時刻Ｔ１との時間差ΔＴ）を２進デジタル信号に符号化する。レーザレーダＣＰＵ７０は、時間計測回路８９から入力された２つのパルスＰＡ，ＰＢ間の入力時間差ΔＴから物体までの距離ｒを算出し、その距離ｒ及び対応するスキャン角度θｘ，θｙを基にして位置データを作成する。つまり、レーザレーダ中心を原点（０，０，０）とし、車幅方向をＸ軸、車高方向をＹ軸、車両前方方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標に変換する。そして、このＸＹＺ直交座標に変換された（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを測距データとして認識・車間制御ＥＣＵ３へ出力する。
【００３５】
認識・車間制御ＥＣＵ３は、レーザレーダセンサ５からの測距データを基にして障害物を認識し、その認識障害物から得た先行車両の状況に合わせて、ブレーキ駆動器１９、スロットル駆動器２１および自動変速機制御器２３に駆動信号を出力することにより車速を制御する、いわゆる車間制御を実施する。また、認識障害物が所定の警報領域に所定時間存在した場合等に警報する警報判定処理も同時に実施する。この場合の物体としては、自車の前方を走行する前車やまたは停止している前車等が該当する。
【００３６】
続いて認識・車間制御ＥＣＵ３の内部構成について、制御ブロックとして説明する。レーザレーダセンサ５から出力された測距データは物体認識ブロック４３に送られる。物体認識ブロック４３では、ＸＹＺ直交座標に変換された測距データに対して、後述するプリセグメント化処理及び本セグメント化処理により、車両の前方に存在する障害物毎に一体化する。
【００３７】
そして、障害物毎に一体化された測距データに基づいて、障害物の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び物体の大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ）を求める。なお、Ｗは横幅、Ｄは奥行き、Ｈは高さを示す。さらに、障害物の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の時間的変化に基づいて、自車位置を基準とするその障害物の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を求める。さらに物体認識ブロック４３では、車速センサ７の検出値に基づいて車速演算ブロック４７から出力される車速（自車速）と上記求められた相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とから障害物が停止物体であるか移動物体であるかの識別が行なわれる。このようなデータを持つ物体のモデルを「物標モデル」と呼ぶ。
【００３８】
この物体認識ブロック４３にて求めたデータが異常な範囲の値かどうかがセンサ異常検出ブロック４４にて検出され、異常な範囲の値である場合には、センサ異常表示器１７にその旨の表示がなされる。
【００３９】
また、ステアリングセンサ２７からの信号に基づいて操舵角演算ブロック４９にて操舵角が求められ、ヨーレートセンサ２８からの信号に基づいてヨーレート演算ブロック５１にてヨーレートが演算される。そしてカーブ半径（曲率半径）算出ブロック５７では、車速演算ブロック４７からの車速と操舵角演算ブロック４９からの操舵角とヨーレート演算ブロック５１からのヨーレートとに基づいて、車両が走行する道路のカーブ半径（曲率半径）Ｒを算出する。
【００４０】
このカーブ半径算出ブロック５７で算出されたカーブ半径Ｒ及び車速演算ブロック４７から出力される車速は、物体認識ブロック４３において、上述したプリセグメント化処理を行なう際の開始ポイントを決定するために利用される。この点については、後に詳細に説明する。
【００４１】
さらに、物体認識ブロック４３では、カーブ半径Ｒ、障害物の中心位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、大きさ（Ｗ，Ｄ，Ｈ），及び相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）に基づいて自車線確率や車両形状確率を算出する。この車両形状確率や自車線確率については後述する。
【００４２】
そして、先行車判定ブロック５３では、物体認識ブロック４３から自車線確率や車両形状確率を含む障害物に関する各種データを取得し、その取得した各種のデータに基づいて自車両から最も距離の近い先行車両を選択し、その先行車両のＺ軸方向の距離Ｚおよび相対速度Ｖｚを求める。そして、車間制御部及び警報判定部ブロック５５が、この先行車との距離Ｚ、相対速度Ｖｚ、クルーズコントロールスイッチ２６の設定状態およびブレーキスイッチ９の踏み込み状態、スロットル開度センサ１１からの開度および警報感度設定器２５による感度設定値に基づいて、警報判定ならば警報するか否かを判定し、クルーズ判定ならば車速制御の内容を決定する。その結果を、警報が必要ならば、警報発生信号を警報音発生器１３に出力する。また、クルーズ判定ならば、自動変速機制御器２３、ブレーキ駆動器１９およびスロットル駆動器２１に制御信号を出力して、必要な制御を実施する。そして、これらの制御実行時には、距離表示器１５に対して必要な表示信号を出力して、状況をドライバーに告知する。
【００４３】
このような車間制御や警報判定に際しては、その前提となる障害物認識、さらに詳しく言えば、ここでの認識対象である先行車両の認識が適切に行われていることが重要である。そこで、その車両認識を適切に行なうため、認識・車間制御ＥＣＵ３の物体認識ブロック４３において実行される物体認識に関する処理について説明する。
【００４４】
図４（ａ）のフローチャートに、障害物認識に係るメイン処理を示す。図４（ａ）のステップＳ１１０では、レーザレーダセンサ５から走査ライン毎に測距データの読み込みを行なう。なお、レーザレーダセンサ５でのスキャン周期は１００ｍｓｅｃであり、１００ｍｓｅｃ間隔で、全走査ラインの測距データが読み込まれる。
【００４５】
ステップＳ１２０では、測距データのセグメント化を行なう。このセグメント化処理では、上述したように、ＸＹＺ座標において点として認識される測距データをグルーピングしてセグメントを形成する。このセグメント化処理はプリセグメント化処理と本セグメント化処理からなる。
【００４６】
プリセグメント化処理とは、ＸＹＺ直交座標に変換された測距データに関して、走査ライン毎に、所定の接続条件（一体化条件）に合致する測距データを集めて１つのプリセグメントデータを生成することをいう。
【００４７】
このプリセグメントデータは、図５（ｂ）に示すように車幅方向をＸ軸、車両進行方向をＺ軸とした直交座標系を考えた場合のＸＺ平面上の２次元領域を示すデータとして表される。すなわち、Ｙ軸方向の高さは、Ｙ軸方向におけるレーザ光のスキャン角度（０．７ｄｅｇ）によって一義的に決まるので、この高さ方向は省略される。図５（ａ）は座標変換された点データであり、図５（ｂ）はプリセグメント化されたデータを示している。
【００４８】
このプリセグメント化処理における接続条件は、点認識されたデータ同士のＸ軸方向の距離△Ｘが２０ｃｍ以下、Ｚ軸方向の距離△Ｚが５ｍ以下という２条件であり、この２条件を満足する点集合を一体化してプリセグメントデータを生成する。従って、プリセグメントデータは、一体化された点集合を含むような大きさに設定され、Ｘ軸及びＺ軸に平行な２辺を持つ長方形の領域であり、中心座標（Ｘ，Ｚ）と大きさを示すための２辺のデータ（Ｗ，Ｄ）をデータ内容とする。すなわち、図５（ｂ）においては、２種のプリセグメントデータ（ｘａ，ｚａ），（ｗａ，ｄａ）及び（ｘｂ，ｚｂ），（ｗｂ，ｄｂ）が示されている。なお、Ｘ軸方向の長さをｗで表し、Ｙ軸方向の長さをｄで表している。
【００４９】
プリセグメント化処理にあたって、まず、先行車両が継続して認識できている場合には、その先行車両の中心位置（Ｘ，Ｚ）から、セグメント化処理の開始ポイントを求める。また、先行車両が継続して認識できていない場合には、カーブ半径Ｒ及び車速に基づいてセグメント化処理の開始ポイントを求める。なお、本実施形態においては、所定のスキャンエリアに複数本のレーザ光を照射し、その反射波から測距データを求めるものであるため、セグメント化処理の開始ポイントをそのレーザ光が照射される番号（対象ビーム番号と称する。）によって示すこととする。
【００５０】
そして、この対象ビーム番号は、図６に示すように、車幅方向の走査角度範囲内の中央の角度（中心ビーム番号）からの角度差から算出できる。そして、この対象ビーム番号から後述のプリセグメント化処理を開始することにより、自車両３００がカーブ路３２０を走行していても、自車両３００の進行路３３０に存在する先行車両３４０を確実に認識することができる。
【００５１】
対象ビーム番号の具体的な算出方法を、図７に基づいて説明する。まず、先行車両が安定して認識できている場合には、その先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から、以下の数式１に従って対象ビーム番号を求める。これは、先行車両がカーブ路を走行している場合には、そのカーブ半径に応じて、序々に、先行車両を認識する領域がレーザ光のスキャンエリアの周辺へ移動していくため、前回の先行車両の認識位置を基準として対象ビーム番号を求めることで、確実に先行車両に対応するプリセグメントデータが作成できるためである。
【００５２】
【数式１】
ここで、数式１における、０．１５とは、レーザ光の照射角度（ｄeｇ）の間隔を表し、中心ビーム番号とは、１走査ラインに対して１０５点分のレーザ光を照射するため、この１０５点分の中心に相当する点である５３番目のビーム番号を表す。また、ΔＸは、車両３００の旋回中心１００に対する車両用障害物認識装置３５０の取り付け位置の車幅方向におけるオフセット量を示すものである。なお、旋回中心１００とは、ステアリングを操舵して車両が旋回していく場合に、車両が旋回していく基準点をいう。
【００５４】
ただし、上記のように先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から対象ビーム番号を求めるのは、以下の条件が満たされる場合に限られる。
【００５５】
▲１▼所定時間以上、継続して認識していること。
所定時間以上、移動物として認識できている障害物は、自車両の前方を走行する先行車両とみなせるためである。
【００５６】
▲２▼認識している障害物の相対速度の変化が所定値以下であること。
例えば、キャッツアイや道路脇のポール等が繰り返し現れる場合、静止物であるにも係わらず、同じ位置に現れるため移動物と認識することがある。ただし、このような繰り返し現れる静止物は、自車両との相対速度が、通常の車両ではありえないような大きさの変化が生じる。従って、相対速度の変化の大きさから繰り返し現れる静止物を先行車両と誤認識することを防止できる。
【００５７】
▲３▼自車線確率が所定のパーセンテージ以上であること。
自車線確率の詳細については後述するが、自車両と同じ走行車線を走行している確からしさを、その障害物の位置から求めるものである。
【００５８】
▲４▼車両がカーブ路を走行していること。
車両がカーブ路を走行していない場合、すなわち直線路を走行している場合には、先行車両の認識エリアを広げておくためにも、レーザ光のスキャンエリアの中心ビーム番号をプリセグメント化処理の開始ポイントとすることが好ましいためである。
【００５９】
なお、上記した条件を満たす先行車両と認識される障害物が複数存在するときには、自車両との距離が短い先行車両を選択し、その選択した先行車両の中心位置（Ｘ０，Ｚ０）から対象ビーム番号を求める。
【００６０】
次に、先行車両が継続して認識できていない場合には、カーブ半径Ｒ及び車速に基づいて対象ビーム番号を算出するが、その算出方法について説明する。
【００６１】
対象ビーム番号は、自車両３００を基準としたＸＺ座標系において、先行車両が存在するであろうと予測されるカーブ路上の位置（上記した先行車両の中心位置（Ｘ０、Ｚ０）に相当する）から求めることができる。
【００６２】
本実施形態では、この予測位置を以下のようにして求める。まず、自車両の走行速度に応じて基準距離を求め、この基準距離を上記予測位置におけるＺ０とする。この基準距離は、走行速度が高くなるほど長くなるように、予め走行速度から一義的に求められように、算出式が定義されたり、あるいはマップ等に記憶されている。走行速度が高くなるにつれて基準距離を長くする理由は、一般的なドライバーは、車両の走行速度が高くなるほど、車間距離を長く取る傾向にあり、それを模擬するためである。
【００６３】
そして、その基準距離を予測位置（Ｘ０，Ｚ０）における距離Ｚ０として設定すると、横位置Ｘ０が、下記の数式２に示すように、予測位置における距離Ｚ０とカーブ半径Ｒとによって表わされる。
【００６４】
【数２】
さらに、横位置Ｘ０は、数式３によっても算出することができる。
【００６６】
【数３】
ここで、ΔＺとは、車両３００の旋回中心１００に対する車両用障害物認識装置３５０の取り付け位置の車両前後方向におけるオフセット量を示すものである。
【００６８】
そして、数式２及び数式３において両式の横位置Ｘ０を等価に取ることにより、数式４に示すように対象ビーム番号を算出することができる。
【００６９】
【数４】
このようにして対象ビーム番号が算出されると、この対象ビーム番号を基準として、点認識されたデータ（以下、点データという）に対して、両端側に向けて順にプリセグメント化処理を行っていく。このプリセグメント化を行なう順序について図８を用いて説明する。
【００７１】
図８に示す例では、対象ビーム番号の位置にてプリセグメントデータ▲１▼が作成され、次に対象ビーム番号の右側において、接続条件を満たす点データを検索した結果、プリセグメントデータ▲２▼が作成される。このプリセグメントデータ▲２▼が作成された後、今度は対象ビーム番号の左側において接続条件を満たす点データを検索する。この検索により、プリセグメントデータ▲３▼が作成される。
【００７２】
そして、このように対象ビーム番号の両サイドにおいて、プリセグメントデータ▲２▼，▲３▼が作成されると、プリセグメントデータ▲２▼，▲３▼の対象ビーム番号位置からの距離が比較される。このとき、プリセグメントデータ▲２▼の方がプリセグメントデータ▲３▼よりも対象ビーム番号位置に近い。従って、プリセグメントデータ▲３▼が作成された後には、基準ビーム番号の右側を検索対象とし、プリセグメントデータ▲２▼以降の点データの中で接続条件を満たす点データを検索する。この結果、プリセグメントデータ▲４▼が作成されると、今後は、プリセグメントデータ▲３▼とプリセグメントデータ▲４▼との対象ビーム番号位置からの距離が比較される。以下、同様にして、対象ビーム番号位置から近い距離にプリセグメントデータが作成されたサイドを対象として、接続条件に合致する点データを検索するのである。
【００７３】
従来の車両用障害物認識装置では、例えば基準ビーム番号の右側において、その端部までプリセグメントデータの形成が終了した後に、基準ビーム番号の左側にてプリセグメントデータを作成するようにしていた。しかしながら、このような手順でプリセグメントデータを作成すると、本来認識すべき先行車両に対応するプリセグメントデータの作成ができなくなる可能性が生じる。すなわち、認識すべき先行車両に対応する点データが存在するサイドとは逆サイドからプリセグメントデータを作成した場合であって、その逆サイドにおいて作成されたプリセグメントデータが所定数に達してしまうと、それ以上のプリセグメントデータの作成は行なわれなくなってしまう。
【００７４】
これに対して、上述のような手順で、プリセグメントデータを作成していくことで、確実に基準ビーム番号位置に近い障害物に対応するプリセグメントデータを作成することができる。
【００７５】
そして、上述の手順で作成されたプリセグメントデータの数が所定の上限値となったらプリセグメント化処理を中止する。本実施形態では、このプリセグメント化処理を中止する上限値として、中央の第３，４ラインの上限値を「１２」として最も大きくし、続いて第２，５ラインの上限値を「８」とし、最後に第１，６ラインの上限値を「４」とし設定している。このように各ラインで上限値を設けているのは、ＲＡＭの節約と、処理時間短縮のためである。また、中央の第３，４ラインの上限値の数が、端の第１，６ラインの上限値の数よりも多くなっているのは、端の第１，６ラインでは、看板やキャッツアイ等が多く検出されることからこのラインの上限値の数を少なくし、スキャンエリアの中央付近のデータを優先して用いるためである。
【００７６】
次に、本セグメント化処理について説明する。本セグメント化処理とは、走査ライン毎に作成されたプリセグメントデータの内、同一あるいは隣接するラインのプリセグメントデータが所定の一体化条件を満たす場合、それらのプリセグメントデータを集めて１つの本セグメントデータを生成するものである。
【００７７】
この本セグメントデータは、図9（ｂ）に示すように、車幅方向をＸ軸、高さ方向をＹ軸、車両の前後方向をＺ軸とした直交座標系を考えた場合の３次元領域を示すデータとして表される。具体的には、第１ラインから第６ラインにて一体化されたプリセグメントデータの内、一体化条件を満たすプリセグメントデータの全てを含むような大きさに設定された、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ平行な３辺を持つ直方体の領域となる。すなわち、本セグメントデータはは、その中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と大きさを示すための３辺の長さ（Ｗ，Ｈ，Ｄ）をデータ内容とする。なお、Ｘ軸方向の長さ（横幅：Ｗｉｄｔｈ）をＷとし、Ｙ軸方向の長さ（高さ：Ｈｅｉｇｈｔ）をＨとし、Ｚ軸方向の長さ（奥行き：Ｄｅｐｔｈ）をＤで表している。
【００７８】
上述したプリセグメント化処理によって走査ライン毎にプリセグメントデータが生成されているので、この本セグメント化では、３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）空間で近接するプリセグメントデータ同士を一体化（本セグメント化）する。具体的な本セグメント化処理については後述するが、全てのプリセグメントデータに対して本セグメント化を行なうのではなく、その本セグメントデータ数が上限値となったら一体化処理を中止する。具体的には、最上段の第１ラインから最下段の第６ラインへと本セグメント化していき、本セグメントデータ数が所定の上限値となったら一体化処理を中止する。本実施形態では、この一体化処理を中止する上限値を１６と設定している。なお、この本セグメント化処理の対象となる走査ラインの順番は、より先行車両を含む可能性の高い第３ラインあるいは第４ラインから開始するようにしても良い。
【００７９】
次に、本セグメント化する場合の具体的な手順及び一体化条件について説明する。図９は、本セグメント化の具体的な手順を示す図である。最初に、第１ラインのプリセグメント化処理がなされ、このプリセグメントデータである２辺の長さ（ｗ１，ｄ１）及び中心座標（ｘ１，ｚ１）から、次のようにして第１ラインの本セグメントデータである３辺の長さ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）及び中心座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が求められる。
【００８０】
まず、３辺の長さ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）は、プリセグメントデータであるｗ１，ｄ１をそれぞれ本セグメントデータのＷ１，Ｄ１とすると共に、１ライン分に対するＹ軸方向の角度分解能である０．７ｄｅｇを極・直交座標変換した長さとしてＨ１を与えることにより決定される。さらに、中心座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は、プリセグメントデータであるｘ１，ｚ１をそれぞれ本セグメントデータのＸ１，Ｚ１とすると共に、Ｙ１は、第１から第６ラインのうち中心ラインをなす基準ラインからの第１ラインの角度に基づいて決定される。
【００８１】
続いて、第２ラインのプリセグメント化処理がなされ、このプリセグメントデータである２辺の長さ（ｗ２，ｄ２）及び中心座標（ｘ２，ｚ２）が求められる。このプリセグメントデータが第1ラインの本セグメントデータと一体化条件を満足する場合には、このプリセグメントデータと第１ラインの本セグメントデータ（Ｗ１，Ｈ１，Ｄ１）及び（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）から第２ラインの本セグメントデータである３辺の長さ（Ｗ２，Ｈ２，Ｄ２）及び中心座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が求められる。この第２ラインの本セグメントデータの３辺の長さであるＷ２，Ｄ２は、ＸＺ平面で見て、第１ラインの本セグメントデータＷ１，Ｄ１にて特徴付けられる領域と第２ラインのプリセグメントデータのｗ２，ｄ２にて特徴付けられる領域の両方を含むように設定される。またＨ２は、２ライン分に対するＹ軸方向の角度分解能である１．４ｄｅｇを極・直交座標変換した長さとして決定される。さらに、本セグメントデータの中心座標であるＸ２，Ｚ２は、上記Ｗ２，Ｄ２により特徴付けられる領域の中心点として与えられ、Ｙ２は、第１ラインから第６ラインのうち中心ラインをなす基準ラインからの第１ラインと第２ラインの中間点の角度に基づいて決定される。
【００８２】
そして、同様に上記処理が繰り返され、第６ラインの本セグメント化までなされて終了する。ここで、本セグメント化する場合の一体化条件は、プリセグメントデータ間のＸ軸方向の距離△Ｘが２０ｃｍ以下、Ｚ軸方向の距離△Ｚが５ｍ以下という上述したプリセグメント化の場合と同じ２条件に、Ｙ軸方向の距離△Ｙについて同一のラインか隣接するラインという条件を加えた３条件である。この３条件を共に満たす場合にだけ一体化する。
【００８３】
次に、ステップＳ１３０の物標化処理について、図４（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。
【００８４】
物標化処理においては、まず、物標モデルの対応セグメントを検索する（Ｓ１３１）。これは、前回までに得た物標モデルが、今回検出した本セグメントの内のいずれと一致するかを検索する処理であり、物標モデルに対応する本セグメントとは次のように定義する。まず、物標モデルが前回処理時の位置から前回処理時における相対速度で移動したと仮定した場合、現在物標モデルが存在するであろう推定位置を算出する。続いて、その推定位置の周囲に、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向それぞれに所定量の幅を有する推定移動範囲を設定する。そして、その推定移動範囲に少なくとも一部が含まれる本セグメントを対応する本セグメントとする。
【００８５】
ステップＳ１３２では、物標モデルのデータ更新処理を実行する。この処理は、対応する本セグメントがあれば物標モデルの過去データを、現在の対応セグメントのデータに基づいて更新するものである。更新されるデータは、中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、幅Ｗ、高さＨ、奥行きＤ、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）、中心座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の過去４回分のデータ、自車線確率などである。なお、対応する本セグメントがない場合は、物標モデルのデータ更新は行なわず、新規物標モデルとして登録する。
【００８６】
その後、ステップＳ１３３にて車両形状確率の算出を行なう。車両形状確率とは、物標モデルが車両である確率を示す指標であり、相対加速度、形状、位置、及び検出時間に基づいて算出される。車両形状確率の取り得る範囲は０〜１００％であり、各物標モデルごとに車両形状確率瞬時値を算出したら、瞬間的なノイズやバラツキによる影響を低減するために、平均化処理がなされる。なお、車両形状確率の算出方法に関しては、例えば、特開２００２−４０１３９等に詳しく記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００８７】
次に、ステップＳ１３４において、自車線確率の算出を行なう。自車線確率とは、物標モデルが自車と同一車線を走行している車両である確からしさを表すパラメータである。本実施形態では、自車線確率瞬時値（その瞬間の検出データに基づいて算出された値）を算出した後、所定のフィルタ処理を施して自車線確率を求める。
【００８８】
まず、物標モデルの位置を、カーブ半径算出ブロック５７にて算出したカーブ半径に基づいて直線路走行時の位置に換算する。このように直進路に変換して得られた位置を、自車線確率マップに重ねて、物標モデルの自車線確率瞬時値を求める。なお、自車線確率マップとは、自車の前方の所定範囲（例えば左右それぞれ５ｍ、前方１００ｍ）を複数の領域に分け、その前方距離が近いほど、また自車の進路上に近いほど、確率が高くなるように各領域確率が付与されたマップである。
【００８９】
自車線確率瞬時値を求めた後は、自車線確率前回値との加重平均によりフィルタ処理を施して自車線確率を求める。なお、この自車線確率の算出方法に関しても、上記の特開２００２−４０１３９等に詳しく記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００９０】
このようにして物標化処理が行なわれた後、先行車判定ブロック５３に、上述した車両形状確率及び自車線確率を含む物標モデルのデータが出力される。そして、先行車判定ブロック５３では、例えば車両形状確率が所定のしきい値（例えば５０％）以上、且つ自車線確率が所定のしきい値（例えば５０％）以上の物標モデルの中で、距離Ｚが最小のものを先行車と判断する。そして、この先行車の物標モデルの距離Ｚ及び相対速度Ｖｚを求め、車間制御部及び警報判定部ブロック５５に出力する。これにより、車間制御部及び警報判定部ブロック５５では、先行車との距離Ｚ及び相対速度Ｖｚに基づいて、車間制御処理及び警報判定処理が実行できる。
【００９１】
なお、本発明はこのような実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得る。
【００９２】
上記実施形態では、レーザ光の２次元スキャンを行うために面倒れ角が異なるポリゴンミラー７３を用いたが、例えば車幅方向にスキャン可能なガルバノミラーを用い、そのミラー面の倒れ角を変更可能な機構を用いても同様に実現できる。但し、ポリゴンミラー７３の場合には、回転駆動だけで２次元スキャンが実現できるという利点がある。
【００９３】
上記実施形態では、レーザレーダセンサ５内部において、距離及び対応するスキャン角度θｘ，θｙを極座標系からＸＹＺ直交座標系に変換していたが、その処理を物体認識ブロック４３において行っても良い。
【００９４】
上記実施形態では、レーザ光を用いたレーザレーダセンサ５を採用したが、ミリ波等の電波や超音波等を用いるものであってもよい。また、スキャン方式にこだわる必要はなく、距離以外に方位を測定できる方式であればよい。そして、例えばミリ波でＦＭＣＷレーダ又はドップラーレーダなどを用いた場合には、反射波（受信波）から先行車までの距離情報と先行車の相対速度情報が一度に得られるため、レーザ光を用いた場合のように、距離情報に基づいて相対速度を算出するという過程は不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用障害物認識装置が適用された車間制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はレーザレーダセンサの構成を示す構成図であり、（ｂ）はレーザレーダセンサにおける距離検出方法を説明するための説明図である。
【図３】レーザレーダセンサの照射可能領域を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は物体認識に係わる処理を示すフローチャートであり、（ｂ）は（ａ）のフローチャートにおいて実行される物標化処理を示すフローチャートである。
【図５】（ａ），（ｂ）は障害物認識処理におけるプリセグメント化処理の内容を説明するための説明図である。
【図６】対象ビーム番号を概念的に説明するための説明図である。
【図７】対象ビーム番号の算出方法を説明するための説明図である。
【図８】プリセグメントデータの算出の順序を説明するための説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は障害物認識処理における本セグメント化処理の内容を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…車両制御装置、３…認識・車間制御ＥＣＵ、５…レーザレーダセンサ、７…車速センサ、９…ブレーキスイッチ、１１…スロットル開度センサ、１３…警報音発生器、１５…距離表示器、１７…センサ異常表示器、１９…ブレーキ駆動器、２１…スロットル駆動器、２３…自動変速機制御器、２４…警報音量設定器、２５…警報感度設定器、２６…クルーズコントロールスイッチ、２７…ステアリングセンサ、２８…ヨーレートセンサ、２９…電源スイッチ、３０…ワイパスイッチ、４３…物体認識ブロック、４４…センサ異常検出ブロック、４７…車速演算ブロック、４９…操舵角演算ブロック、５１…ヨーレート演算ブロック、５３…先行車判定ブロック、５５…車間制御部及び警報判定部ブロック、５７…カーブ半径算出ブロック、７０…レーザレーダＣＰＵ、７１…発光レンズ、７２…スキャナ、７３…ミラー、７４…モータ駆動回路、７５…半導体レーザダイオード、７６…レーザダイオード駆動回路、７７…ガラス板、８１…受光レンズ、８３…受光素子、８５…アンプ、８７…コンパレータ、８９…時間計測回路
Claims (8)
- 車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び前記車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の前記反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
前記一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、前記車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
前記車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
前記車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段とを備え、
前記一体化手段は、前記速度検出手段によって検出された走行速度に応じて基準距離を設定し、その基準距離だけ前方に離れた地点が、前記カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径をもつ進行路上に位置する角度を基準角度とし、その基準角度に対して前記車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする車両用障害物認識装置。 - 前記基準距離は、前記車両の走行速度が高くなるほど、長くなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用障害物認識装置。
- 前記一体化手段は、一体化処理の対象となる反射物を、前記基準角度に近い距離に存在する反射物から順次選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用障害物認識装置。
- 前記一体化手段は、前記基準角度の両サイドにおいて、少なくとも１回づつ複数の反射物の一体化処理を行なって反射物体データを作成し、前記基準角度から両サイドの反射物体までの距離を比較し、その距離が短いサイドにおいて、次に一体化処理の対象となる複数の反射物を選択することを特徴とする請求項３に記載の車両用障害物認識装置。
- 所定の周期で、車両の車幅方向における所定角度範囲に渡って送信波を照射し、その反射波に基づいて反射物との距離及び前記車幅方向の角度を検出するレーダ手段と、
点として認識される複数の反射物が所定の一体化条件を満足する場合に、複数の前記反射物を一体化して一体の反射物体データを作成する一体化手段と、
前記一体化手段によって複数の反射物が一体化された反射物体データに基づいて、前記車両の進行路に存在する障害物を認識する認識手段とを備えた車両用障害物認識装置であって、
前記車両の進行路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段を備え、
前記一体化手段は、前記カーブ半径算出手段によって算出されるカーブ半径が所定値よりも小さい場合には、前記認識手段において、所定時間以上継続して認識されている障害物を基準として、その基準障害物に対して前記車幅方向における距離が近い反射物から、所定の数だけの反射物体データを作成することを特徴とする車両用障害物認識装置。 - 前記一体化手段は、一体化処理の対象となる反射物を、前記基準障害物に近い距離に存在する反射物から順次選択することを特徴とする請求項５に記載の車両用障害物認識装置。
- 前記一体化手段は、前記基準障害物の両サイドにおいて、少なくとも１回づつ複数の反射物の一体化処理を行なって反射物体データを作成し、前記基準障害物から両サイドの反射物体までの距離を比較し、その距離が短いサイドにおいて、次に一体化処理の対象となる複数の反射物を選択することを特徴とする請求項６に記載の車両用障害物認識装置。
- 前記認識手段は、複数の障害物を所定時間以上継続して認識している場合には、前記車両に最も距離が近い障害物を基準障害物とすることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の車両用障害物認識装置。
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