JP2007210587A - 車両挙動表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示された計器の読み取りとその解釈を介さないで、即ち、視覚による自己運動知覚により車両挙動変化を直接視覚的に体感させることのできる車両挙動表示装置を提供する。
【解決手段】車両挙動検出装置２１は、車両の車速、ピッチ角、ロール角、ヨー角を検出する。表示画像制御装置３１は、車速、ピッチ角、ロール角、ヨー角に基づいて、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬し、その動きの方向と一致した方向へ運動する正弦波によって輝度変調された縞パタンを作成し、縞パタンを表示する楕円形の表示窓の傾き、表示位置、時間周波数、基準空間周波数、コントラスト、色等を計算し、各表示部４１，４２，４３へ出力する画像信号を生成する。表示部４１，４２，４３は、それぞれ楕円形の表示窓に縞パタンを表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の挙動を操縦者に表示する車両挙動表示装置に関する。

従来より車両の安全走行技術に関しては、車両の走行状態を検知し、車両を安全側に直接制御することにより安全を確保する技術と、車両挙動及びその変化に関する情報を表示し、適切な運転操作をドライバに対し促す技術があった。前者においては、旋回走行時走行路の曲率に従って車両特性から求められる最大許容速度に車速を制限する技術や、車速がタイヤグリップ限界車速を超える時に限界ヨーレイトが生じる態様で車速を限界車速に低下させるよう旋回内方および外方の車輪に対してそれぞれ自動制動を行う技術が提案されている。

後者においては、特許文献１は、車両挙動に対するドライバの感覚を制御し、挙動変化を早めにドライバに知覚させる技術を提案し、特許文献２は、車両の横滑り角から現在の車両の進行方向を求めドライバに表示する技術を提案している。両技術は、危険が迫った緊急時とそれ以前の通常走行時に起こる不安全事態にそれぞれ対処する技術であり、二律背反するものではなく、相互に補い合って、車両の安全走行に寄与するものである。

このような車両への直接制御は緊急時には必要であるが、通常運転時に起こる不安全事態では、ドライバの意図に反した自動制御は、ドライバに不安を与え、誤認識や誤操作を招く恐れがあり、適切ではない。通常運転時に起こる不安全事態では、潜在的に危険な状態をドライバに伝え、適切な運転操作を促すことが重要であり、さらに、通常運転時に走行環境と車両の走行状態をドライバが常時把握できることが、安全走行には重要である。

また、走行中の車線から車両が逸脱、もしくはその可能性があるときに、運転者に警報を発し、車線内走行を促す技術がある。例えば、特許文献３に記載の車線逸脱警報装置は、自車両の画像とその左右に線を表示し、自車両画像の位置を左右に変位させ、変位させた側の線を点滅させると同時に線の色を変化させて表示していた。また、変位方向から聞こえる警報音の大きさで偏りの程度を報知していた。
特開平６−９２１５９号公報（第１０頁、図２） 特開平１−３０１１１２号公報（第２頁、図３） 特開平１１−１２６３００号公報（第４頁、図４）

しかしながら、特許文献１記載の発明は、車両挙動及びその変化に関する情報を表示し適切な危険回避操作をドライバに対し促す技術において、座席の移動か視覚表示によって情報提供を行っていたために、座席の移動は車両挙動を直接体感させるが、視覚表示は、車両挙動の１変数であるヨーレートの増減を指標の左右方向での移動量とその変化から読み取らせるもので、車両挙動変化を視覚的に直接体感させるものではなかった。

また、特許文献２記載の技術においても、進行方向を指標の左右方向での移動量とその変化から読み取らせるもので、車両挙動変化を直接体感させるものではなかった。

図１（ａ）は、車両挙動表示計器がない場合の運転操作のプロセスを示すフローチャートである。同図において、Ｓ１は、道路状況や周囲の交通状況、自車の走行状況等の状況の認知のプロセスである。Ｓ２は、状況判断のプロセスであり、現状を継続してよいか否かを判断するプロセスである。Ｓ２で現状を継続してよければ、終了し、現状を継続できなければ、Ｓ３へ進み、現状変更または危険回避のための運転操作を行い、運転操作後の新たな状況の認識のために、Ｓ１へ戻る。このように、通常、運転操作は、認知、判断、操作の３ステップのループにより行われる。

従来の車両挙動計器の表示を読み取る場合、図１（ｂ）の運転操作のフローチャートに示すように、計器への視線移動と計器の読み取りを行うための計器の認知（Ｓ４）というステップが、運転操作の認知（Ｓ１）、判断（Ｓ２）、操作（Ｓ３）のループに入り込み、Ｓ４のステップに要する時間が極短時間であっても、累積して運転操作に影響を与えると考えられる。また、従来の計器を読み取る表示では、視線移動によって前方視認が中断されることは免れない。通常、安定走行時にドライバは、外界のオプティック・フローの湧き出し点を見る傾向があり、そうすることによってオプティック・フローから走行方向の変化を視角１度以下の精度で検出できるが、計器への視線移動は、この精度の高い走行方向変化の検出を妨げる要因である。従って、これら従来技術においては、読み取りのために表示へ視線を移動させる必要があり、同時に、読み取る必要ない場合でも運転中に表示へ視線を誘導する虞があるという問題点があった。

さらに、特許文献３に記載の車線逸脱警報装置において、警報音が車線内位置の偏りとその大きさを告知しており、視覚表示は、警報音で告知される情報を確認する機能しかない。また、その視覚表示を読み取るには、視線を表示へ移動させ中心視で見る必要がある。車線内位置の偏りを警報音によって告知された時、その事実は前景を見ることによって確認できることであり、わざわざ前景から視線を表示へ移動して見る必要性はないし、安全走行の上からも、前景から視線を逸らすべきではない。

車線内位置の偏りを運転者に告知する視覚表示は、前景の視認を中断させない、かつ、その告知を受け運転者が車線内位置を修正するために操舵を行った結果を時間的に連続して監視できる必要がある。特許文献３における警報音は、これら２つの要件を満たしているが、警報音は強制的に告知するもので、車線内位置の偏りに対する告知としては、運転者に不安や煩わしさを与え、適当ではない。

上記問題点を解決するために、本発明は、車両挙動及びその変化に関する情報を表示し、適切な運転操作をドライバに促す車両挙動表示装置において、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬し、その動きの方向と一致した方向へ運動する正弦波によって輝度変調された縞パタンを作成し、該縞パタンを方向性のある表示窓の短軸に平行な縞パタンとして表示装置に表示するとともに、車両挙動変化の結果として、縞パタンの運動を変化させることを要旨とする。

本発明は、車両挙動及びその変化に関する情報を表示し、適切な運転操作を促す車両挙動表示装置において、表示された計器の読み取りとその解釈を介さないで、即ち、車両挙動変化を直接視覚的に体感させ、視覚による自己運動知覚によりその表示の効果を高め、車両の安全走行を支援するものである。本発明は、日常的に人間が行っているように、走行環境におけるピッチ，ロール，ヨーが一体となった自己運動知覚に基づいて操作を決定することを可能にするのに対し、従来表示では、計器へ視線移動し計器から車両挙動の１変数である抽象化されたヨーを読み取り、走行環境と比較して操作を決定しなければならない。計器からの読み取れる情報は限定されている上、より多くの処理プロセスが必要である。

本発明によれば、車両挙動及びその変化に関する情報を表示し、適切な運転操作をドライバに促す車両挙動表示装置において、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬し、その動きの方向と一致した方向へ運動する正弦波によって輝度変調された縞パタンを作成し、該縞パタンを方向性のある表示窓の短軸に平行な縞パタンとして表示装置に表示するとともに、車両挙動変化の結果として、縞パタンの運動方向が変化した場合、前記表示窓の向きも変化させる。

これにより、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きは、本来、風景を構成する様々な要素の運動を統合した結果が知覚され、走行環境や天候・時刻などの諸条件によって視認性や知覚される強度が変化するものであるが、安定した高い視認性で知覚させることができる。さらに、本来時間を要する運動方向知覚と比較的感度が低い運動方向変化の知覚は、より迅速かつ正確な表示窓の向きの知覚と向き変化の知覚により補強されることによって、より迅速かつ正確なものとなる。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る車両挙動表示装置の実施例１の構成を説明する構成図である。本実施例においては、現在の車両挙動に伴う外界のオプティック・フローを模擬した、正弦波に従い輝度変調する運動する縞パタンを、３カ所設けた表示画面に表示する車両挙動表示装置について説明する。この車両挙動表示装置は、自己運動感覚をドライバに与え車両挙動を体感させることによって、車両の安全走行を支援するものである。

図１において、車両挙動表示装置は、車両の挙動を検出する車両挙動検出装置２１と、車両挙動検出装置２１が検出した車両挙動に基づいて、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬し、その動きの方向と一致した方向へ運動する正弦波によって輝度変調された縞パタンを作成し、該縞パタンを方向性のある表示窓の短軸に平行な縞パタンの画像信号として生成する表示画像制御装置３１と、表示画像制御装置３１から出力される画像信号をそれぞれ表示する表示部４１，４２，４３を備えている。

車両挙動検出装置２１は、周知の技術により車両のピッチ角、ロール角、ヨー角を検出する姿勢角検出装置２３と、車速を検出する車速検出装置２５とを備えている。

表示画像制御装置３１は、車両挙動検出装置２１が検出した、ピッチ角、ロール角、ヨー角および車速に基づいて、表示窓の傾き、表示窓の表示位置、時間周波数、基準空間周波数、コントラスト、色を算出する画像制御部３３と、画像制御部の算出結果に基づいて、表示部４１，４２，４３へ出力するために画像信号を生成する画像生成部３５，３７，３９を備えている。

表示部４１、４２、４３は、例えば図４（ｂ）に示すように、ドライバの正面のダッシュボード（インストメントアッパーパネル３）上の左、中央、右に設置したディスプレイであり、各ディスプレイの表示範囲内で実際には見えない楕円形の表示窓に縞パタンを表示する。これらの位置は、ドライバが標準的な姿勢で前方視認をしながら運転している場合、ドライバの視野周辺部にあたる。

また、図４（ａ）に示すように、表示部４１，４２，４３に例えばヘッドアップディスプレイ装置を適用して、フロントガラス１の下部に表示することも可能であるが、本実施例のオプティック・フロー表示によって自己運動感覚をドライバに与えるという目的から必ずしも外界の風景に車両挙動表示を重畳させる必要はない。

縞パタンの表示の開始と終了は、９１乃至９０９[ms]の時間をかけて徐々に輝度コントラストを上昇あるいは下降させることによって行った。縞パタンの空間周波数は、外界の風景の動きに適合するようにドライバ側へ近づくほど空間周波数が低くなるようにした。その結果、視線移動を誘発し前景視認を中断させることはない。時間周波数に対する視覚系の感度のピークは、空間周波数によって変化するが、約１乃至３[Hz]であり、その対数スケールにおける中央値である１．７３[Hz]を中心に±０．５ log unitの範囲である０．５５乃至５．４７[Hz]を、視覚系が安定した感度を有する時間周波数範囲と定義できる。表示の呈示と消去における輝度コントラスト変化を、９１乃至９０９[ms]の時間を要して行えば、この時間周波数範囲内の変化となる。

図５は、縞パタンの空間周波数を説明する図である。空間周波数ｆ、視距離ｄ、視点の高さｈ、縞パタンが路面上に在ると仮定した時の１サイクル分の長さ（縞の波長）ｗとすると（ｄ，ｈ，ｗの単位は共通）、空間周波数ｆ[CPD]（cycles per degree）は、視距離ｄが変化するのに伴い、
ｆ＝１／(arctan(d／h)−arctan((d−w)／h)) …（１）
式（１）に従って変化する。そのため、車両挙動の３次元における挙動変化をより自然に視認しやすくすることができるという効果がある。

また縞パタンの空間周波数ｆは、運動対象に対して視野の中心領域である視野中央の直径６度以内で視認可能であり、且つ直径６度を超える範囲で視認が困難な空間周波数の上限値（視力０．７の時約４．５[CPD] ）以下の範囲で表示するとともに、表示窓全体の輝度コントラストが表示窓中央部が高く表示窓周辺部が低い空間的な関数として、例えば、ガウス関数により重み付けしている。このため視野周辺部においても読み取り可能でかつ視線を誘導しない。その結果、表示を注視することなく車両挙動及びその変化を知覚できるという効果がある。

この輝度コントラストの制御を更に詳しく説明すると、縞パタン全体の輝度コントラストを長軸と短軸が直交する２次元においてサイズが異なる２つのガウス関数によって重み付けることによって、楕円の領域が表示されるようにしている。尚、コントラストの重み付けは、ガウス関数に代えて、三角関数のｓｉｎθ（０≦θ≦π）など、中央部のコントラストが高く、周辺部が低くなる他の関数を用いてもよい。

図２は、楕円の表示窓に表示された縞パタンのイメージを示す図である。この表示窓は、液晶ディスプレイ等の表示装置に物理的に存在する表示枠とは異なる、表示装置の表示画面の範囲内の縞パタンが表示される領域を制限する仮想の枠が見えない窓である。そのため、縞パタンに近接する輝度エッジによる縞パタンの知覚へ影響はなく、縞パタンの安定した視認性が確保できるという効果がある。

縞パタンは、常に表示窓の短軸に平行であり、車両挙動変化の結果として、縞パタンの運動方向が変化した場合、運動方向だけでなく表示窓の向きも変化させた。ディスプレイの配置と３つ組の表示イメージを図３に示す。

図３に示すように、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬した運動する縞パタンを表示する表示窓を複数設置し、それぞれその背後のオプティック・フローに一致した運動を表示し、複数の表示窓に表示される縞パタンの相対速度とそれら表示窓の配置によって、車両挙動及びその変化を表現することにより、本来、風景を構成する様々な要素の運動を統合して得られるオプティック・フローの体系的な変化として表れる車両挙動及びその変化の知覚が、複数の表示窓に表示される局所運動の相対速度の変化だけでなく、複数の表示窓の配置の変化の知覚によっても可能となり、実際の風景の変化から知覚するよりも迅速かつ正確な３次元における車両挙動及びその変化を知覚させることができるという効果がある。

次に、運動対象の視認において視野の中心領域（視野中央６度）でのみ視認可能な空間周波数成分を含まない、即ち、視力０．７の時のカットオフ空間周波数約４．５[CPD] を超える成分を含まないとした点について、以下に説明する。一般に中心視と呼ばれる空間分解能が高い領域は、視野の中心部の直径５度の領域とみなされているが、運動対象に対する視野全体にわたる視力の分布（時間周波数２．２８[Hz]）を表した図６から、比較的視力が高い視野中心領域を直径６度の領域とした。

図６は、視野の部位毎のコントラスト感度を空間周波数の関数として測定した結果に基づいて、特定の空間周波数に対する感度が感度の最大値の１０％以上ある範囲を示したものである。空間分解能の視野部位による変化は、視野の方位（上下左右）により異なるが、運転中に注意を向けることが多い左右と下方向のうち、離心角３度において比較的空間解像度が低い下方向の空間解像度は、次式で求めることができる。

Ｆｓ＝０．０６５４−０．０６６×ln（−ln（１−Ｓ）） …（２）
ただし、Ｆｓは感度Ｓを有する最も高い空間周波数。感度Ｓは０．１（感度のピークの１０％の感度）とする。この空間周波数は中心視視力Ｖａで標準化してあるため、通常の単位（cycles／deg，ＣＰＤ）の空間周波数Ｆに変換するには、
Ｆ＝Ｆｓ×３０×Ｖａ …（３）
とする。運転者の最低視力は免許取得条件から０．７とみなすことができるから、求めるカットオフ空間周波数は４．５［ＣＰＤ］である。

表示した縞パタンは、車両の動きに比例した時間周波数で運動をするが、その時間周波数は、視野特性から見て安定した感度を有する時間周波数（０．５５〜５．４８［Ｈｚ］）のダイナミック・レンジを中心に使えるように、市街地走行時には、停車時の０．５［Ｈｚ］から６［Ｈｚ］を車速０〜１００［ｋｍ／ｈ］へ、高速道路走行時には０．５〜６［Ｈｚ］を車速０〜１５０［ｋｍ／ｈ］へ対応付けた。車速によって時間周波数を、車線内位置の偏りによって空間周波数変化率を制御することによって、車速とは独立に速度勾配を制御することができた。

縞パタンの運動速度を時間周波数によって制御することによって、表示窓内のドライバに近い低空間周波数の縞の速度は高く、ドライバから遠い高空間周波数の縞の速度は相対的に遅くなった。

図７に、複数の空間周波数に関して、ピーク感度の１０％の以上の感度が保持されている範囲を、時間周波数と網膜離心角に対して示した。空間周波数によって変化するが、より視野の周辺部まで感度が保持されるのは、約１〜３[Hz]であり、その対数スケールにおける中央値である１．７３[Hz]を中心に±０．５log unitの範囲である０．５５〜５．４７[Hz]を、視覚系が安定した感度を有する時間周波数範囲と定義した。

前記の縞パタンの表示の開始と終了に際し、この時間周波数範囲における半波長に相当する９１〜９０９[ms]の時間をかけて徐々に輝度コントラストを上昇あるいは下降させたのは、この安定した感度を有する時間周波数帯域で表示のオン／オフを行うためである。

３つ組の表示窓に表示される３つの運動する縞パタンは、その相対速度とそれらの配置によって、車両挙動を表現した。図８に示したように、楕円形の各表示窓５１，５２，５３の長軸の延長線６１，６２，６３の交点６４の水平次元における位置がヨー角変化率を、垂直次元における位置がピッチ角を表し、３つの表示窓５１，５２，５３の中心をとおる直線が水平となす角度がロール角６５を表す。水平面上で停車中は、各表示窓の長軸の延長線の交点６４は原点と一致し、３つの表示窓の中心をとおる直線は水平となる。原点を、運転の標準姿勢にある時のアイポイントと外界の風景によるオプティック・フローの湧き出し点（停車時は車両の向いている方向と地平線との交点）とを結ぶ直線上の任意の点に設定することによって、停車時の表示窓の配置及び配置が変化する時の運動挙動に対する感度を変更することができる。

このように、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬した運動する縞パタンを表示する３つの表示窓において、各表示窓の長軸の延長線の交点の水平次元における位置がヨー角を、垂直次元における位置がピッチ角を表し、３つの表示窓の中心をとおる直線が水平となす角度がロール角を表すため、車両挙動及びその変化をヨー、ロール、ピッチの変化がばらばらではなく一体として知覚させ、安定した自己運動感覚を与えることができるという効果がある。

図１に示した画像制御部３３は、標準的なドライバのアイポイントから表示部４１、４２、４３までの距離、さらにドライバのアイポイントから表示部４１〜４３の延長線上にある外界の地面までの距離ｄ、ドライバの路面からの視点の高さｈ、ドライバに想定された視力値、車速を時間周波数に変換する際に使用する変換式あるいは変換表、車両挙動を表す３つの表示窓の配置を決める座標系の原点の位置、コントラスト値、色情報、車両挙動検出装置２１等からの入力値の形式と意味をあらかじめ保持している。画像制御部３３は、車速検出装置２５と姿勢角検出装置２３から、車速、ヨー角変化率、路面に対するピッチ角、路面に対するロール角を入力し、各表示部４１〜４３毎に、表示窓の傾き、位置、位相角、基準空間周波数、を算出し、コントラスト値、色情報、ドライバの路面からの視点の高さと共に画像生成部３５、３７、３９に出力する。

位相角は、車速から変換した時間周波数と表示部のフレーム周波数からフレーム間の位相変化量を算出し、表示開始時から累積される位相角値に対して、求めた位相変化量を加算した値である。基準空間周波数ｆは、表示窓に表示される縞パタンの空間周波数の最大値であり、視点から前方のどの範囲からのオプティック・フローを表示するか（視距離ｄ）と縞パタンが外界に在ると仮定した時の１サイクル分の長さ（波長）ｗを設定すれば、ドライバの視点の路面からの高さｈから、式（１）により算出できる。基準空間周波数は、視力０．７の時約４．５[CPD]以下となるように、視距離ｄと波長ｗを設定した。

各画像生成部３５，３７，３９は、基準空間周波数とドライバの路面からの視点の高さから、表示窓内での空間周波数変化を計算し、指定の表示窓の傾き、位置、位相角、コントラスト、色の画像信号をそれぞれ生成し、表示部４１，４２，４３へ出力する。表示部４１，４２，４３は、それぞれの画像信号により楕円形の表示窓に縞パタンを表示する。

このように表示窓に表示される縞パタンの仕様は，複数のパラメータによって変化する。たとえば，外界に縞パタンがあると仮定したときの波長ｗは、ドライバから縞パタンまでの距離ｄによって変化し、車速とそれに対応付ける時間周波数帯域が変化すれば、同じ車速でも表示は変化する。すなわち、本表示は、車両挙動によって変化する外界の風景の変化と整合するが忠実に再現するものではない。本表示はある妥当な設定値、仮定に基づいてオプティック・フローを正確に模擬するものであり、模擬の忠実さより、視認性が不安定であいまいさを含む外界のオプティック・フローの変化を安定した視認性で多義性がない形で表示し、自己運動感覚に従って車両を操作できるという効果を実現することを目的とするものである。

本来、車両挙動に従って変化する外界の風景の動きは、風景を構成する様々な要素の運動を統合した結果知覚され、走行環境や天候・時刻などによって視認性や知覚強度が変化するものであるが、以上、説明した実施例１においては、安定した高い視認性が確保され、さらに、オプティック・フローの体系的な時空間的速度変化として表れる車両挙動の知覚が、３つの表示窓に表示される局所運動の相対速度だけでなく、３つの表示窓の配置の知覚により補強され、実際の風景の変化から知覚するよりも迅速かつ正確な３次元における車両挙動を自己運動知覚として体感できた。即ち、図１０（ｃ）のフローチャートに示したように、Ｓ１１における走行状態と走行環境の状況の認知と同時に、本発明に係る車両挙動のオプティックフロー表示により車両挙動が認知され、Ｓ１２における判断、Ｓ１３における操作（ステアリングの切り増しや切り戻し、加減速）からなるループが、表示がない場合と同様に、３ステップとなる。このように、本発明によれば、従来の計器表示において必要であった車両挙動表示への視線移動及び読み取りのためのステップは必要がなくなった。

本実施例の変形例として、外界の風景の動きを模擬した運動する縞パタンを表示する３つの表示窓のうち、図９に示したように、中央の表示窓７２を円形（或いは正方形）など等方的な形状に変更することができる。左右の表示窓５１，５３の長軸の延長線６１，６３の交点の水平次元における位置がヨー角変化率を、垂直次元における位置がピッチ角を表すのは同様であるが、中央の表示窓７２に表示される縞パタンの水平となす角度によりロール角６５を表した。この結果、左右の表示窓５１，５３の位置をロール角に従って変化させる必要がなくなり、表示部のディスプレイ画面をより小さなものにすることができた。

また、本実施例においては、現在の車両挙動を表示させたが、本発明は車両挙動表示に関するものゆえ、至近の将来の車両挙動や現在の操作の結果ではあるが車両特性や操作器特性のため、まだ車両挙動に表れていない車両挙動であっても、表示するように変更可能である。この場合、ＧＰＳ装置等の車両位置情報と地図情報および車両操作入力から近い将来の車両挙動を計算して求め、これらの計算結果を表示するように変更が可能である。また、路面に対するピッチ角とロール角と同時に、重力方向に対するピッチ角とロール角を利用し、上り坂や下り坂、路面の傾きを表示の色を変えることによって知らせることも可能である。この表示色の変化方法として、例えば、上り坂を緑、下り坂を橙で表示することができる。

次に、本発明に係る車両挙動表示装置を車線内位置表示装置に適用した実施例を説明する。本実施例では、車線内横位置に偏りが検出され、この偏りがあらかじめ設定した閾値以上となった時、視野周辺部に周辺視野でも識別できる低空間周波数の縞パタン（横格子）を、周辺視野の視感度において最適な時間周波数帯域で下方向に運動させ呈示する車線内位置表示装置について説明する。図１１は、本実施例の車線内位置表示装置の構成を示す。

車線内位置検出部１は、カメラ画像等の手段を用いて、左右の車線表示用白線や路肩線、歩道縁石等を認識し、車線内での自車両の横位置を検出し、車線幅に対する自車両の横位置の比率ｒと車線幅とを表示制御部２へ出力する。

例えば、車線幅をＷ、車線の右端を基準点として、基準点から自車両の中心位置までの距離をｄとすると、比率ｒは、ｒ＝ｄ／Ｗとなり、車線幅の広い狭いに関わらず０から１までの正規化した値で自車両の車線内位置が表現される。ここで、比率０．５は、車線内の中央位置を意味する。

表示制御部２は、車線幅と車速とに基づいて設定した閾値に対して、自車両の車線中央位置からの偏りが超えたか否かを判定する。この閾値は、高速、狭路であるほど閾値は低く、低速、広路ほど閾値は高くなるように設定する。車線中央位置を示す比率０．５からのｒの偏り（｜ｒ−０．５｜）が閾値を超えた時、画像生成部３へ画像パラメータと画像生成コマンドを出力する。画像パラメータは、車速に応じて変化する時間周波数と車線内位置の偏りに応じて変化する空間周波数変化率、前照灯スイッチあるいは車両に設置された照度センサの検出値に応じて変化するコントラスト値である。

画像生成部３は、画像パラメータに従い、コントラスト値と時間周波数とあらかじめ設定された基準空間周波数からの空間周波数変化率の画像を生成し、画像表示部４へ出力する。画像表示部４には、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プロジェクタ等を用いる。運転者は、ダッシュボード上に設置されたＣＲＴ、あるいは液晶ディスプレイを直接見るか、ウインドシールドに形成されたハーフミラー部に投影された画像を見る。

従って、車両が車線内で中央より右側（例えばｒ＝０．３）を走行し、車線中央位置より自車両の位置の偏りが閾値（例えば、０．１５）以上であれば（｜ｒ−０．５｜＝０．２≧０．１５）、右側ほど空間周波数が低く（縞の間隔が疎）、左側ほど空間周波数が高く（縞の間隔が密）、右側ほど縞の運動する速度が速い縞パタンが徐々に表示部に表示される（図１２（ｃ）参照）。

逆に、車両が車線内で中央より左側（例えばｒ＝０．７５）を走行し、車線中央位置より自車両の位置の偏りが閾値（例えば、０．１５）以上であれば（｜ｒ−０．５｜＝０．２５≧０．１５）、左側ほど空間周波数が低く、右側ほど空間周波数が高く、左側ほど縞の運動する速度が速い縞パタンが表示部に表示される（図１２（ａ）参照）。

そして、運転者が車線内位置を修正すると、車両が車線内中央に近づくにつれて、ｒの値が０．５に近づき、車線中央位置より自車両の位置の偏りが縮小し、表示パタンにあった空間周波数と速度の左右方向の勾配は小さくなり（図１２（ｂ）参照）、その偏りが閾値未満になれば（例えばｒ＝０．６）、徐々に縞パタンのコントラストを低下させて、縞パタンの表示を終了させるように制御する。

これによって、ドライバは、前景から視線逸らすことなく、車線内位置の偏りの方向と大きさ、位置補正のための操舵の結果としての位置の偏りの解消を知ることができ、予防運転に務めることができる。

運動対象の視認において視野の中心領域（視野中央６度）でのみ視認可能な空間周波数成分を含まない、即ち、視力０．７の時のカットオフ空間周波数約４．５[CPD] 以上の成分を含まないとした点について、説明する。一般に中心視と呼ばれる空間分解能が高い領域は、視野の中心部の直径５度の領域とみなされているが、運動対象に対する視野全体にわたる視力の分布（時間周波数２．２８[Hz]）を表した図６から、比較的視力が高い視野中心領域を直径６度の領域とした。

表示した縞パタンは、車両の動きに比例した時間周波数で運動をするが、その時間周波数は、視野特性から見て安定した感度を有する時間周波数（０．５５〜５．４８[Hz]）のダイナミック・レンジを中心に使えるように、市街地走行時には、停車時の０．５[Hz]から６[Hz]を車速０〜１００[km/h］へ、高速道路走行時には０．５〜６[Hz]を車速０〜１５０[km/h]へ対応付けた。車速によって時間周波数を、車線内位置の偏りによって空間周波数変化率を制御することによって、車速とは独立に速度勾配を制御することができた。

実施例２の変形例として、表示パタンに知覚される速度勾配の視認性を高めるため、色彩を利用することができる。例えば、速度勾配が急峻であるほど、彩度を高めることによって、修正操舵の緊急性の程度をわかりやすく表示できる。

また実施例２では、一つの表示窓に表示する縞パタンの左側と右側を変化させたが、少なくとも運転者の左前方と右前方とに実施例１のような表示窓を設け、車線内位置の偏りに応じて、左前方の表示窓に表示する縞パタンと右前方の表示窓に表示する縞パタンとを異ならせることもできる。

以上、好ましい実施例を説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば実施例１では、方向性のある表示窓として、楕円形を用いたが、楕円形に代えて長方形を用いることもできる。また、図４（ｂ）において表示部４１，４２，４３を独立に設けたが、横長の一つの表示装置の表示領域を３区分して、３つの表示窓を表示することも可能である。この場合、図１の表示画像制御装置３１は、３つの表示窓の画像を合成した一つの表示信号を表示装置へ出力するように変更される。

また、実施例２では、車線内位置の偏りに基づいて表示窓に表示する縞パタンの左側と右側を変化させたが、実施例２と基本構成を同じくして、車線内位置の偏りではなく、車庫入れや狭路通り抜けの際の運転支援として、合理的に算出された安全軌道からの逸脱の程度を表示することができる。

本発明に係る車両挙動表示装置の実施例１を説明する構成図である。 方向性のある表示窓(楕円）の例を示す図である。 ３つの表示窓による表示イメージを示す図である。 （ａ）ヘッドアップディスプレイによる表示部の配置例、（ｂ）インストメントアッパーパネル上の表示部の配置例を示す図である。 視距離ｄ、視点高さｈ、外界の縞パタンの波長ｗとしたときに、外界の風景の動きを模擬した運動する縞パタンの空間周波数ｆを説明する図である。 運動対象の視認における輝度コントラストに対する視野特性図である。 時間周波数に対する視野特性図である。 ３つ組の表示窓による車両挙動表現の第１例を示す図である。 ３つ組の表示窓による車両挙動表現の第２例を示す図である。 （ａ）車両挙動の表示なし、（ｂ）従来の計器による車両挙動表示、（ｃ）車両挙動のオプティック・フロー表示のそれぞれにおける、運転操作の認知、判断、操作サイクルを説明する図である。 本発明に係る車両挙動表示装置の実施例２である車線内位置表示装置を説明する構成図である。 実施例２における（ａ）車線中央位置から閾値以上に左側へ偏った場合の表示例、（ｂ）偏りが閾値未満の場合の表示例、（ｃ）車線中央位置から閾値以上に右側へ偏った場合の表示例である。

符号の説明

２１…車両挙動検出装置
２３…姿勢角検出装置
２５…車速検出装置
３１…表示画像制御装置
３３…画像制御部
３５、３７、３９…画像生成部
４１、４２、４３…表示部

Claims (18)

1. 車両挙動及びその変化に関する情報を表示し、適切な運転操作をドライバに促す車両挙動表示装置において、
   車両挙動に従って変化する外界の風景の動きを模擬し、その動きの方向と一致した方向へ運動する正弦波によって輝度変調された縞パタンを作成し、該縞パタンを方向性のある表示窓の短軸に平行な縞パタンとして表示装置に表示するとともに、
   車両挙動変化の結果として、前記縞パタンの運動を変化させることを特徴とする車両挙動表示装置。
2. 車両挙動変化の結果として、前記縞パタンの運動方向が変化した場合、前記表示窓の向きも変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両挙動表示装置。
3. 前記表示窓は、前記表示装置に物理的に存在する表示枠とは異なり、表示画面内の縞パタンが表示される領域を制限する仮想の枠の内部の領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
4. 前記縞パタンの空間周波数は、運動対象に対して視野の中心領域である視野中央の直径６度以内で視認可能であり、且つ直径６度を超える範囲で視認が困難な空間周波数の上限値（視力０．７の時約４．５［ＣＰＤ］）以下であり、また、表示窓全体の輝度コントラストが表示窓中央部が高く表示窓周辺部が低い空間的な関数によって重み付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
5. 前記縞パタンは、視野特性から見て安定した感度を有する時間周波数である０．５５乃至５．４８［Ｈｚ］のダイナミック・レンジを中心として変化する明示的な局所運動として呈示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
6. 前記表示窓に表示される縞パタンの表示の開始と終了は、９１乃至９０９［ｍｓ］の時間をかけて徐々に輝度コントラストを上昇あるいは下降させることによって行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
7. 前記縞パタンの空間周波数は、外界の風景の動きに適合するようにドライバ側へ近づくほど空間周波数が低くなり、空間周波数ｆ、視距離ｄ、視点の高さｈ、縞パタンが外界に在ると仮定した時の１サイクル分の長さ（縞の波長）ｗとすると（ｄ，ｈ，ｗの単位は共通）、空間周波数ｆは視距離が変化するのに伴い、
   ｆ＝１／(arctan(ｄ／ｈ)−arctan((ｄ−ｗ)／ｈ)) …（１）
   式（１）に従って変化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
8. 前記縞パタンを表示する表示窓が複数設置され、それぞれその背後のオプティック・フローに一致した運動を表示し、複数の表示窓に表示される縞パタンの相対速度とそれら表示窓の配置によって、車両挙動及びその変化を表現することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
9. 前記縞パタンを表示する表示窓がドライバの正面及び左右前方の３箇所に設置され、各表示窓の長軸の延長線の交点の水平次元における位置がヨー角変化率を、垂直次元における位置がピッチ角を表し、３つの表示窓の中心をとおる直線が水平となす角度がロール角を表すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
10. 前記縞パタンを表示する表示窓がドライバの正面及び左右前方の３箇所に設置され、中央の表示窓が円形など等方的な形状をしており、左右の表示窓の長軸の延長線の交点の水平次元における位置がヨー角変化率を、垂直次元における位置がピッチ角を表し、中央の表示窓に表示される縞パタンの水平となす角度がロール角を表すことを特徴とする請求項１にまたは請求項２記載の車両挙動表示装置。
11. 前記表示窓の長軸の延長線の交点の位置によって、ヨー角変化率とピッチ角を表す座標系の原点を、運転の標準姿勢にある時のアイポイントと外界の風景によるオプティック・フローの湧き出し点とを結ぶ直線上の任意の点に設定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の車両挙動表示装置。
12. 前記時間周波数のダイナミック・レンジに、状況に応じて異なる車速の範囲を対応付けることを特徴とする請求項５に記載の車両挙動表示装置。
13. 車両挙動に関わる変数の値をあらかじめ設定した安全走行に関わる基準値と比較し、その比較結果に基づいて、前記表示窓に表示される縞パタンの色を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
14. 前記車両挙動には、車両のピッチ角およびロール角を含み、これらピッチ角およびロール角の情報に基づいて、前記表示窓に表示される縞パタンの色を変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両挙動表示装置。
15. 前記車両挙動は、現在走行中の車線内の車両位置であり、
    前記縞パタンの運動の変化は、前記外界の風景の動き方向に対する縞パタンの速度の変化であり、
    車両の車線内の位置に応じて、一つの表示窓の左側に表示する縞パタンの速度と右側に表示する縞パタンの速度とを異ならせることを特徴とする請求項１に記載の車両挙動表示装置。
16. 前記縞パタンを表示する表示窓がドライバの左前方と右前方とに設置され、
    前記車両挙動は、現在走行中の車線内の車両位置であり、
    前記縞パタンの運動の変化は、前記外界の風景の動き方向に対する縞パタンの速度の変化であり、
    車両の車線内の位置に応じて、左前方の表示窓に表示する縞パタンの速度と右前方の表示窓に表示する縞パタンの速度とを異ならせることを特徴とする請求項１に記載の車両挙動表示装置。
17. 前記車線の中央位置からの左方向または右方向へ前記車両位置の偏りがある閾値を超えたときに、偏り方向側に表示する前記縞パタンの運動速度を他方に表示する前記縞パタンの運動速度より高めることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の車両挙動表示装置。
18. 前記縞パタンの時間周波数を一定に保ち、偏り方向側の前記縞パタンの空間周波数を偏りの大きさが大きいほど、低くなるように制御することを特徴とする請求項１７に記載の車両挙動表示装置。