JP2020020709A - センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の傾きを検出するための新たな構成を提供する。【解決手段】発光素子４１は、路面Ｇに向けて検出光Ｌ１を出射する。受光素子４２は、路面Ｇからの反射光Ｌ２に基づく受光信号Ｓ１を出力する。プロセッサ２０は、受光信号Ｓ１に基づいて路面Ｇに対する車両１００の傾きを検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載されるセンサシステムに関する。

特許文献１は、車高センサを開示している。車高センサは、例えば車両の前輪と後輪の少なくとも一方の緩衝機構に取り付けられる。例えば、前輪側の車高センサにより検出された車高と後輪側の車高センサにより検出された車高の差に基づいて、車両の傾き（ピッチ角）が検出されうる。

特許文献２は、車両の傾きを検出するために、上記のような車高センサに代えて加速度センサを用いる構成を開示している。

特開２０１１−０７９３９３号公報 特開２０１８−０４７９１１号公報

本発明は、車両の傾きを検出するための新たな構成を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための一態様は、車両に搭載されるセンサシステムであって、
路面に向けて検出光を出射する発光素子と、
前記路面からの反射光に基づく信号を出力する受光素子と、
前記信号に基づいて前記路面に対する前記車両の傾きを検出するプロセッサと、
を備えている。

上記の構成によれば、発光素子から路面へ向けて出射された検出光と受光素子に入射した路面からの反射光を用いて算出される路面までの距離に基づいて、路面の形状が検出される。そして、検出された路面の形状に基づいて車両の傾きが検出される。したがって、車高センサや加速度センサを用いることなく車両の傾きを検出可能な構成を提供できる。

上記のセンサシステムは、以下のように構成されうる。
前記車両の外部に照明光を照射するランプユニットを備えており、
前記プロセッサは、検出された前記傾きに基づいて前記照明光の配光状態を制御する。

このような構成によれば、検出された車両の傾きに基づいて、適切な配光状態を提供できる。

上記のセンサシステムは、以下のように構成されうる。
前記車両の外部に照明光を照射するランプユニットを備えており、
前記プロセッサは、前記信号に基づいて前記路面の表面状態を検出し、当該表面状態に基づいて前記照明光の配光状態を制御する。

このような構成によれば、検出された路面の表面状態に基づいて、適切な配光状態を提供できる。

上記のセンサシステムは、以下のように構成されうる。
前記検出光の通過を許容する透光カバーと、
前記発光素子と前記透光カバーの間に配置されて前記検出光の進行方向を変化させる光制御面と、
を備えており、
前記プロセッサは、前記信号に基づいて前記透光カバー上の障害物を検出し、前記検出光が前記障害物を避けて進行するように前記光制御面の状態を変化させる。

このような構成によれば、検出光の進路を遮る障害物が透光カバー上に存在しても、車両の傾き検出能力の低下を抑制できる。

上記のセンサシステムは、以下のように構成されうる。
前記発光素子と前記受光素子は、ＬｉＤＡＲセンサユニット、ＴＯＦカメラユニット、赤外線距離センサユニットのいずれかの一部である。

特にＬｉＤＡＲセンサユニットやＴＯＦカメラユニットは、運転支援のために車両の外部の情報を検出するセンサユニットとして使用されうる。このようなセンサユニットの検出光を路面の形状を検出するために使用することにより、専用の車高センサや加速度センサを装備する必要がなくなり、部品点数の増加やコストの上昇を抑制できる。

本明細書において、「センサユニット」とは、所望の情報検出機能を備えつつ、それ自身が単体で流通可能な部品の構成単位を意味する。

本明細書において、「ランプユニット」とは、所望の照明機能を備えつつ、それ自身が単体で流通可能な部品の構成単位を意味する。

本明細書において、「光制御面」とは、光の屈折、反射、回折、および散乱を意図的に生じさせることによって光の進行方向を変化させる面を意味する。例えばランプ装置における透光カバーを灯具から出射された光が通過する際にも、厳密には当該透光カバーの表面で僅かな光の屈折や反射が生じている。しかしながら、単に光を通過させることを意図しているこのような部材の表面は、上記の「光制御面」とは区別される。

本明細書において「運転支援」とは、運転操作（ハンドル操作、加速、減速）、走行環境の監視、および運転操作のバックアップの少なくとも一つを少なくとも部分的に行なう制御処理を意味する。すなわち、衝突被害軽減ブレーキ機能やレーンキープアシスト機能のような部分的な運転支援から完全自動運転動作までを含む意味である。

一実施形態に係る左前センサ装置の構成を模式的に示している。 図１の左前センサ装置の車両における位置を示している。 図１の左前センサ装置を含むセンサシステムの構成を示している。 図３のセンサシステムの動作の一例を示している。 図３のセンサシステムの動作の別例を示している。 図１の左前センサ装置の構成の別例を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

添付の図面において、矢印Ｆは、図示された構造の前方向を示している。矢印Ｂは、図示された構造の後方向を示している。矢印Ｌは、図示された構造の左方向を示している。矢印Ｒは、図示された構造の右方向を示している。以降の説明に用いる「左」および「右」は、運転席から見た左右の方向を示している。

図１は、一実施形態に係る左前センサ装置１０の構成を示している。左前センサ装置１０は、図２に示される車両１００の左前部ＬＦに配置される。左前部ＬＦは、車両１００の左右方向における中央よりも左側、かつ車両１００の前後方向における中央よりも前側に位置する領域である。

図１に示されるように、左前センサ装置１０は、ハウジング１１と透光カバー１２を備えている。ハウジング１１は、透光カバー１２とともに収容室１３を区画している。透光カバー１２は、車両１００の外面の一部を形成している。

左前センサ装置１０は、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサユニット１４を備えている。ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、収容室１３内に配置されている。

図３の（Ａ）に示されるように、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、発光素子４１と受光素子４２を備えている。透光カバー１２は、発光素子４１と受光素子４２を覆うように配置されている。

発光素子４１は、車両１００の外部へ向けて検出光Ｌ１を出射するように構成されている。検出光Ｌ１としては、例えば波長９０５ｎｍの赤外光が使用されうる。発光素子４１としては、レーザダイオードや発光ダイオードなどの半導体発光素子が使用されうる。

ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、検出光Ｌ１を所望の方向へ照射するための不図示の光学系を適宜に備えうる。ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、検出光Ｌ１の照射方向を変更して検出領域内を走査するための不図示の走査機構を備えうる。

受光素子４２は、入射した光量に応じた受光信号Ｓ１を出力するように構成されている。受光素子４２としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが使用されうる。ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、受光信号Ｓ１を増幅するための不図示の増幅回路を備えうる。

発光素子４１、受光素子４２、および透光カバー１２は、センサシステム１を構成している。センサシステム１は、さらにプロセッサ２０を備えている。プロセッサ２０は、所望のタイミングで発光素子４１に検出光Ｌ１を出射させる制御信号Ｓ０を出力する。プロセッサ２０は、受光素子４２から出力された受光信号Ｓ１を受信する。

プロセッサ２０は、反射光Ｌ２に対応する受光信号Ｓ１に基づいて車両１００の外部の情報を検出する。例えば、プロセッサ２０は、ある方向へ検出光Ｌ１を出射したタイミングから反射光Ｌ２を検出するまでの時間に基づいて、反射光Ｌ２に関連付けられた物体までの距離を取得できる。また、そのような距離データを検出位置と関連付けて集積することにより、反射光Ｌ２に関連付けられた物体の形状に係る情報を取得できる。

図３の（Ｂ）は、この原理に基づく車両１００の傾きを検出の仕方を説明するための図である。発光素子４１は、路面Ｇへ向けて検出光Ｌ１を出射する。受光素子４２は、路面Ｇからの反射光Ｌ２に基づく受光信号Ｓ１を出力する。プロセッサ２０は、受光信号Ｓ１に基づいて路面Ｇまでの距離を算出する。

前述の走査機構により検出光Ｌ１が路面Ｇを走査され、少なくとも三つの点について距離が算出されることにより、路面Ｇの形状が把握されうる。図３の（Ｂ）に示される例においては、水平な路面Ｇに対して照射された検出光Ｌ１ａに基づいて点Ｐ１までの距離が算出され、検出光Ｌ１ｂに基づいて点Ｐ２までの距離が算出され、検出光Ｌ１ｃに基づいて点Ｐ３までの距離が算出される。

二点鎖線Ｇａは、車両１００が前傾している場合における路面の位置を示している。この場合、路面Ｇに対して車両１００が水平である場合よりも、点Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３までの各距離が短くなる。検出光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、およびＬ１ｃの各照射方向が既知であれば、路面Ｇに対して車両１００が水平であるときの点Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３までの各距離との差異に基づいて、車両１００の路面に対する傾きを検出できる。

二点鎖線Ｇｂは、車両１００が後傾している場合における路面の位置を示している。この場合、路面Ｇに対して車両１００が水平である場合よりも、点Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３（不図示）までの各距離が長くなる。同様にして、路面Ｇに対して車両１００が水平であるときの点Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３までの各距離との差異に基づいて、車両１００の路面に対する傾きを検出できる。

すなわち、本実施形態においては、発光素子４１から路面Ｇへ向けて出射された検出光Ｌ１と受光素子４２に入射した路面Ｇからの反射光Ｌ２を用いて算出される路面Ｇまでの距離に基づいて、路面Ｇの形状が検出される。そして、検出された路面Ｇの形状に基づいて車両１００の傾きが検出される。したがって、車高センサや加速度センサを用いることなく車両１００の傾きを検出可能な構成を提供できる。

本実施形態においては、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４の発光素子４１と受光素子４２を用いて車両１００の傾きが検出されている。ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、運転支援技術の実現のために車両の外部の情報を検出するセンサユニットとして使用されうる。このようなセンサユニットの検出光を路面の形状を検出するために使用することにより、専用の車高センサや加速度センサを装備する必要がなくなり、部品点数の増加やコストの上昇を抑制できる。

図３の（Ａ）に示されるように、センサシステム１は、ランプユニット３０を備えうる。ランプユニット３０は、車両１００の外方へ照明光を照射する装置である。例えば、図１に示されるように、ランプユニット３０は、収容室１３内に収容されうる。ランプユニット３０としては、前照灯ユニット、車幅灯ユニット、方向指示灯ユニット、霧灯ユニットなどが例示されうる。

この場合、プロセッサ２０は、検出された車両１００の傾きに基づいて、ランプユニット３０から出射される照明光の配光状態を制御するように構成されうる。

図４の（Ａ）は、車両１００の姿勢が路面Ｇに対して水平である場合における照明光Ｌ３を示している。図４の（Ｂ）は、車両１００が路面Ｇに対して後傾している状態を示している。すなわち、図３の（Ｂ）において二点鎖線Ｇｂで示される路面に対する車両１００の姿勢に対応した状態が示されている。

図４の（Ｂ）においてプロセッサ２０が何らの制御も行なわない場合、照明光Ｌ３は、二点鎖線で示される状態となる。すなわち、照明光Ｌ３は、車両１００の姿勢が路面Ｇに対して水平である場合よりも遠方まで到達する。このような照明光Ｌ３は、前方車両の運転者に不慮のグレアを与えるおそれがある。そこで、プロセッサ２０は、前述のように車両１００の後傾姿勢が検出されると、照明光Ｌ３の配光が実線で示される状態となるようにランプユニット３０の制御を行なう。例えば、より近くの領域まで照明がなされるように、照明光Ｌ３の配光状態が変更される。配光状態の変更は、周知の手法を用いて適宜になされうる。

図示を省略するが、車両１００が路面Ｇに対して前傾している場合、照明光Ｌ３は、車両１００の姿勢が路面Ｇに対して水平である場合よりも近くまでしか到達しない。このような照明光Ｌ３は、遠方を十分に照明できないおそれがある。そこで、プロセッサ２０は、前述のように車両１００の前傾姿勢が検出されると、例えばより遠くの領域まで照明がなされるように、照明光Ｌ３の配光状態が変更される。配光状態の変更は、周知の手法を用いて適宜になされうる。

このような構成によれば、前述のように検出された車両１００の傾きに基づいて、適切な配光状態を提供できる。

ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、検出光Ｌ１と反射光Ｌ２の波形の相違に基づいて、反射光Ｌ２に関連付けられた物体の材質などの属性に係る情報を取得できる。例えば、図３の（Ｂ）に示されるように、点Ｐ２における路面Ｇに水溜りＷが存在する場合、点Ｐ２からの反射光Ｌ２の波形は、乾燥状態にある点Ｐ１または点Ｐ３からの反射光Ｌ２の波形と異なる。

プロセッサ２０は、受光素子４２から出力された受光信号Ｓ１に基づいて路面Ｇの表面状態を検出し、検出された表面状態に基づいてランプユニット３０から出射される照明光の配光状態を制御するように構成されうる。

図５の（Ａ）は、状態が一様である路面Ｇに対する照明光Ｌ３を示している。図５の（Ｂ）は、路面Ｇの一部に水溜りＷが存在する場合を示している。水溜りＷによって反射された照明光Ｌ３は、車両１００の運転者や前方車両の運転者に不慮のグレアを与えるおそれがある。そこで、プロセッサ２０は、例えば路面Ｇ上に水溜りＷが検出されると、水溜りＷを含む領域を照明する照明光Ｌ３の光量を低下させるようにランプユニット３０の制御を行なう。光量の変更は、周知の手法を用いて適宜になされうる。

このような構成によれば、前述のように検出された路面Ｇの表面状態に基づいて、適切な配光状態を提供できる。

図６は、別構成例に係る左前センサ装置１０Ａの一部を示している。左前センサ装置１０Ａは、第一固定ミラー５１と第二固定ミラー５２を備えている。第一固定ミラー５１と第二固定ミラー５２は、光制御面の一例である。

部材１６は、収容室１３内に配置されている他の構造物を示している。構造物としては、他のセンサユニット、ランプユニット、エクステンション（加飾部品）などが例示されうる。破線Ｌ１ｄは、部材１６が不在である場合においてＬｉＤＡＲセンサユニット１４から出射される検出光の進行経路を示している。すなわち、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、部材１６が不在であれば物体Ｔ１を検出可能である。

第一固定ミラー５１と第二固定ミラー５２は、検出光Ｌ１が部材１６を迂回して物体Ｔ１を検出可能な光路を進むように配置されている。これにより、部材１６の存在によってＬｉＤＡＲセンサユニット１４の検出範囲が制限される事態を回避できる。換言すると、収容室１３におけるＬｉＤＡＲセンサユニット１４のレイアウト自由度が向上する。

所望の光路を実現できるのであれば、第一固定ミラー５１と第二固定ミラー５２は、適宜の光学部材で置き換えられうる。そのような光学部材としては、レンズやプリズムなどが例示されうる。光制御面を構成する光学部材は、透光カバー１２の一部に形成されてもよい。

左前センサ装置１０Ａは、可動調光ミラー５３を備えうる。可動調光ミラー５３は、入射した光の少なくとも大半を通過させる透明状態と入射した光の少なくとも大半を反射する反射状態との間で透過率を変更可能な光学素子である。可動調光ミラー５３は、ガスクロミック方式で動作してもよいし、エレクトロクロミック方式で動作してもよい。可動調光ミラー５３は、プロセッサ２０によって姿勢を変更されうる。姿勢が変更されることによって、反射状態における反射角度が変化する。可動調光ミラー５３は、光制御面の一例である。

破線Ｌ１ｅは、可動調光ミラー５３が透明状態である場合においてＬｉＤＡＲセンサユニット１４から出射される検出光の進行経路を示している。すなわち、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、可動調光ミラー５３が透明状態であれば物体Ｔ２を検出可能である。

透光カバー１２の表面には汚れＤが付着しうる。破線Ｌ１ｆは、汚れＤが不在である場合においてＬｉＤＡＲセンサユニット１４から出射される検出光の進行経路を示している。すなわち、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、汚れＤが不在であれば物体Ｔ３を検出可能である。汚れＤは、障害物の一例である。障害物の他の例としては、透光カバー１２の表面に形成された傷が挙げられる。

汚れＤは反射光を生じるので、プロセッサ２０は、当該反射光に対応する受光信号Ｓ１に基づいて、透光カバー１２上の汚れＤの存在と位置を検出できる。この場合、プロセッサ２０は、可動調光ミラー５３を反射状態にした上で、検出光Ｌ１が汚れＤを避けて進行するように可動調光ミラー５３の反射角度を変化させる。これにより、汚れＤが存在するにもかかわらず、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４による物体Ｔ３の検出が可能とされる。

なお、可動調光ミラー５３は、反射のみが可能な可動ミラーで置き換えられうる。この場合、調光ミラーが用いられる場合よりも検出可能範囲は幾らか制限されるものの、可動ミラーの姿勢が変更可能な範囲内で汚れＤを避けるように検出光Ｌ１の進行方向を変更できる。検出光Ｌ１の進行方向を変更可能であれば、可動プリズムや可動レンズなどの光学部材を用いてもよい。

上記のような構成によれば、検出光Ｌ１の進路を遮る障害物が透光カバー１２上に存在しても、車両１００の傾き検出能力の低下を抑制できる。

上記のようなプロセッサ２０の機能は、メモリと協働して動作する汎用マイクロプロセッサにより実現されてもよいし、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどの専用集積回路によって実現されてもよい。

プロセッサ２０は、車両における任意の位置に配置されうる。プロセッサ２０は、車両における中央制御処理を担うメインＥＣＵの一部として提供されてもよいし、メインＥＣＵとＬｉＤＡＲセンサユニット１４の間に介在するサブＥＣＵの一部として提供されてもよい。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。

図２に示される車両１００の右前部ＲＦには、図１に示される左前センサ装置１０または図６に示される左前センサ装置１０Ａと左右対称の構成を有する右前センサ装置が搭載されうる。右前部ＲＦは、車両１００の左右方向における中央よりも右側、かつ車両１００の前後方向における中央よりも前側に位置する領域である。

左前センサ装置１０または左前センサ装置１０Ａの構成は、左後センサ装置にも適用可能である。左後センサ装置は、図２に示される車両１００の左後部ＬＢに搭載される。左後部ＬＢは、車両１００の左右方向における中央よりも左側、かつ車両１００の前後方向における中央よりも後側に位置する領域である。左後センサ装置の基本的な構成は、左前センサ装置１０と前後対称でありうる。

左前センサ装置１０または左前センサ装置１０Ａの構成は、右後センサ装置にも適用可能である。右後センサ装置は、図２に示される車両１００の右後部ＲＢに搭載される。右後部ＲＢは、車両１００の左右方向における中央よりも右側、かつ車両１００の前後方向における中央よりも後側に位置する領域である。右後センサ装置の基本的な構成は、上述の左後センサ装置と左右対称でありうる。

上記の実施形態においては、車両１００の前後方向における傾き（ピッチ角）が検出されている。しかしながら、ＬｉＤＡＲセンサユニット１４から出射される検出光Ｌ１の走査方向を適宜に設定することによって、車両１００の上下方向における傾き（ロール角）が検出されうる。この場合、プロセッサ２０は、検出されたロール角に応じて、車両１００の左右方向における中央よりも左側に配置されたランプユニットによる配光状態と、車両１００の左右方向における中央よりも右側に配置されたランプユニットによる配光状態を相違させうる。

ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、ＴＯＦカメラユニットで置き換えられうる。ＴＯＦカメラユニットは、発光素子と受光素子を備えている。発光素子から出射された検出光は、路面によって反射され、反射光として受光素子に入射する。発光素子より検出光が出射されてから反射光が受光素子に入射するまでの時間に基づいて、路面までの距離が算出される。検出光を二次元的に走査しつつ、カメラにより取得された二次元画像の各画素に算出された距離情報を関連付けることによって、路面の形状に係る情報を取得できる。

ＬｉＤＡＲセンサユニット１４は、赤外線距離センサユニットで置き換えられうる。赤外線距離センサユニットは、発光素子と受光素子を備えている。発光素子は、少なくとも三本の検出光（図３の（Ｂ）における検出光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃに相当）を出射可能に構成される。発光素子から出射された検出光は、路面によって反射され、反射光として受光素子に入射する。発光素子より検出光が出射されてから反射光が受光素子に入射するまでの時間に基づいて、路面までの距離が算出される。少なくとも三本の検出光を用いることによって、路面の形状に係る情報を取得できる。

１：センサシステム、１２：透光カバー、１４：ＬｉＤＡＲセンサユニット、４１：発光素子、４２：受光素子、５３：可動調光ミラー、２０：プロセッサ、３０：ランプユニット、１００：車両、Ｄ：汚れ、Ｇ：路面、Ｌ１：検出光、Ｌ２：反射光、Ｌ３：照明光、Ｗ：水溜り

Claims (5)

1. 車両に搭載されるセンサシステムであって、
   路面に向けて検出光を出射する発光素子と、
   前記路面からの反射光に基づく信号を出力する受光素子と、
   前記信号に基づいて前記路面に対する前記車両の傾きを検出するプロセッサと、
   を備えている、
   センサシステム。
2. 前記車両の外部に照明光を照射するランプユニットを備えており、
   前記プロセッサは、検出された前記傾きに基づいて前記照明光の配光状態を制御する、
   請求項１に記載のセンサシステム。
3. 前記車両の外部に照明光を照射するランプユニットを備えており、
   前記プロセッサは、前記信号に基づいて前記路面の表面状態を検出し、当該表面状態に基づいて前記照明光の配光状態を制御する、
   請求項１に記載のセンサシステム。
4. 前記検出光の通過を許容する透光カバーと、
   前記発光素子と前記透光カバーの間に配置されて前記検出光の進行方向を変化させる光制御面と、
   を備えており、
   前記プロセッサは、前記信号に基づいて前記透光カバー上の障害物を検出し、前記検出光が前記障害物を避けて進行するように前記光制御面の状態を変化させる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
5. 前記発光素子と前記受光素子は、ＬｉＤＡＲセンサユニット、ＴＯＦカメラユニット、赤外線距離センサユニットのいずれかの一部である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサシステム。

Images