JP4780614B2 - 車体挙動測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車体の振動、傾斜、車高、車速、方向変化等の、車体の挙動を測定する装置に関し、特に車両に設けたカメラにより路面を撮影し、画像を分析することにより各種の車体の挙動を測定することができるようにした車体挙動測定装置に関する。

自動車にはエンジン、ブレーキ、トルクコンバータを初め、極めて多くの機器について、できる限り理想的な状態で作動できるようにそれぞれの機器のための、或いは共通の制御装置が用いられている。それらの制御装置においては、車両の運転状態を正確に検出するため種々のセンサを用いており、センサの精度は各機器の制御に大きな影響を与え、例え理想的な制御システムを構成しても、センサの精度が低いと制御システムは適正に作動しない。

例えばブレーキ力の過剰を制御するアンチスキッド制御においては、車輪の回転と車両の移動速度を検出し、車輪の回転以上に車両が移動しているときには車輪が路面を滑っているものとして、ブレーキ力を緩める制御を行い、また加速力の過剰を制御するトラクション制御においては、駆動輪の回転に対応して車両が移動していないことを検出して車輪が路面を滑っているものとして、エンジン出力を低下させる等の制御を行う。また、四輪駆動制御に際しても、各車輪の回転と車両の移動速度を検出し、それぞれの車輪が適正な回転を行うように制御を行う。

このような制御においては車輪の回転及び車両の移動速度を正確に検出する必要があるが、特に車両の移動速度を正確に検出することは困難であり、そのため車両にカメラを搭載して路面を撮影し、所定領域の路面の微細な画像パターンを数値化して、そのパターンの移動状態を検出することにより、車両の移動速度を検出することが提案されている。この種の技術は例えば特開平７−１４０１６０号公報（特許文献１）等に開示されている。

更に、将来の自動車においては情報システムが高度化し、車両の走行環境を計測する各種センサが多数設置されることが予想されているが、その際には路面の凹凸の影響による車体振動等によりセンサ精度が劣化することが問題となってくる。これを解決する技術として、車体振動の影響をキャンセルすることが検討されており、その一つの手法として、車載機器と車体本体との間にダンパを挿入しアクティブ制御する方法が考えられている。

アクティブ制御の代表的なものにスカイフックダンパ制御があるが、このスカイフックダンパ制御は、制御対象の絶対速度に比例した制御力をアクチュエータで発生することにより、制御対象の振動を理想的に低減させる方法である。実際に、スカイフックダンパ制御を実現するためには、制御対象の絶対速度を検出することが必要となるが、制御対象の絶対速度の観測値が、センサ系の精度、雑音などの影響で誤差を含む場合、この誤差の影響により理想的な制御が困難となってしまう。これを防ぐためには誤差を生じる原因となる車体の振動を正確に検出する必要があるが、従来使用されている振動センサとしてのジャイロ式のセンサではタイヤやサスペンションの伸び縮みの影響により、路面と車体の相対的関係を正確には検知できず、車体個別の振動を計測しているにすぎない。

また、車両の走行安定性の制御、或いは車両の重量配分に応じたサスペンション制御等においては、車両の搭乗者数や荷物の積載量、それらの車体内における位置によって大きな影響を受ける。そのため現時点での車両の全体重量、及び重量配分をできる限り正確に計測必要がある。

車両においては上記のような車両自体の制御以外に、例えばナビゲーション装置において、これから走行する道路がカーブしているとき、車両の現在の速度を検出して現在の速度でそのカーブを安全に曲がることができるかどうかをチェックし、もしも危険であることを検出したときには運転者に対して速度を落とすことを案内するカーブガイダンス機能を備えたものも存在する。このような機能においても車速を正確に検出することは重要であり、またカーブを安全に曲がれるか否かは車両の搭乗者数や荷物の積載量を含めた重量、及びそれらの重量配分によっても異なるため、それらのデータが必要となる。その点カーブガイダンスにおいて従来から用いられていた車速センサの精度では充分とはいえず、より正確な車速及び車体重量並びにそのバランスの検出手段が求められている。

更に近年の車両にはナビゲーション装置のデータの大容量化に伴ってＨＤＤを搭載するようになり、このＨＤＤを有効利用してオーディオデータ記録媒体としても利用するようになっている。ＨＤＤは振動によってヘッドクラッシュを生じやすいため、車両のように常に振動が存在し、ときには石の乗り上げ等により突発的な大きい振動を受けることがある。そのための対策として、従来のノートパソコンのＨＤＤで採用されているような振動検出によりＨＤＤを停止させるような手法は、常時振動している車両用ＨＤＤでは車両の停止時以外では殆どＨＤＤが作動しなくなり、したがって車両用ＨＤＤには採用することができない。

また、ＨＤＤ自体、或いはＨＤＤを搭載しているヘッドユニット等を防振部材で支持することも考えられるが、小さな振動に対応しつつ突発的な大きな振動にも確実に対応できる手法は未だ確立されていない。また、サスペンションにかかった振動を検知してＨＤＤのヘッドを安全領域に運ぶことも考えられるが、サスペンションに急な振動が加わった時点では、ヘッドを安全領域まで運ぶために必要な約１０〜２０ｍｓの時間を十分にとることができない。

一方、自動車の車体は車両の停止中においても、サスペンションによる調整にもかかわらず、車内における搭乗者や積載物のバランスによって車体は傾いており、またエンジン回転のアンバランス等により車体は振動している。更に車両の走行中においては、加減速、道路状況、風圧等に応じても傾き、振動しており、その状況は前記車両静止時の状態に応じて変化している。また前記のように、車両に搭載したカメラにより路面を撮影し、正確の車両の速度を検出しようとしても、車体の傾斜や振動によって撮影画像に雑信号が入り、これを画像分析しても正確な車両の速度を検出することができない。
特開平７−１４０１６０号公報

上記のように、自動車には種々のセンサが用いられており、それらのセンサが正確な測定を行うためには車両の振動の影響を受けない手段が必要となるが、従来の手段では不十分である。また、振動を正確に測定してセンサの測定値の誤差をを解消する手法が必要であったが、未だ充分な手法がなかった。特に振動の検出時において、その振動が路面の凹凸によるものか、エンジンの振動或いは車体の共振、更には風等によるものかの区別を付けることができず、振動計測後の対処の仕方が明瞭にならない問題もあった。

また、上記のようにサスペンション制御、ナビゲーション装置のカーブガイダンス機能のためには車両の重量、更には重量バランスを計測、車速を正確に測定しておくことが好ましいが、そのための手法が確立していないという問題もある。また、車両用のナビゲーション装置やオーディオ装置にＨＤＤを用いるものにおいて、車両の振動によるヘッドクラッシュの対策が不十分であり、車両の振動をできる限り早く正確に検出する手法の開発が望まれている。

また車両の各種制御において車速を正確に測定する必要となる場合が多いが、未だ適切な手法が存在せず、前記のようにカメラにより路面を撮影して車速を測定する手法でも、車両の振動の影響により撮影画像に雑信号が入り、また車体の傾斜の影響も受けることにより、正確な車速の測定を行うに至っていない。更に車両の方向変化の測定に際してはジャイロを用いることが広く行われているが、このようなジャイロにおいても必ずしも正確な測定を行うことができず、自車両の連続的な動作や振動で道路表面との相対的方向変化に誤差が出ると共に、車輪の回転をベースとした車速や方向の変化の計り方にもタイヤの空気圧の変化やスリップなどにより正確に測定することはできない。

更に従来よりカーナビゲーションに使用されている自車方向の変化、車速などは前記ジャイロのほか、車輪の回転数や、ＧＰＳを使用して割り出す手法も用いられるが、例えばＧＰＳだけでは数十メートルの自車位置誤差があり、正確な車速などは検出することができない。また、ナビゲーション装置においてはマップマッチングなどの手段で全体的な精度を向上する手法が用いられるが、それでも限界があった。しかもそれらの計測は高速で行わなければならないが、これらの高速計測手法は未だ確立されていない。

したがって本発明は、車体の振動、傾斜、車高、車速、方向変化等の、車体の挙動等の種々の状態を高速で且つ正確に測定することができる手法を提供することを主たる目的とし、特に車両に設けたカメラにより路面を撮影し、画像を分析することにより前記のような各種の車体の挙動を測定することができるようにした車体挙動測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車体挙動測定装置は、前記課題を解決するため、車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置したカメラと、前記カメラで撮影した前記投影器から路面に投射された所定形状の画像の解析演算を行う解析演算手段とを備え、
前記解析演算手段には、前記カメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態により車体の振動を検出する車体振動検出手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の車体挙動測定装置は、前記車体挙動測定装置において、車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置した第１のカメラと、前記第１のカメラで撮影した前記投影器から路面に投射さえた所定形状の画像により、前記第１のカメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態によって車体の振動を検出する車体振動検出手段と、路面の特徴点を撮影する車体に配置した第２のカメラと、
前記第２のカメラの１回の露光時間内で撮影した路面の特徴点の画像を、前記車体振動検出手段の車体振動データで補正する車体振動補正画像処理手段と、前記車体振動補正画像処理手段で処理した路面の特徴点の画像の長さにより車速を検出する解析演算手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の車体挙動測定装置は、前記車体挙動測定装置において、車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置した第１のカメラと、前記第１のカメラで撮影した前記投影器から路面に投射さえた所定形状の画像により、前記第１のカメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態によって車体の振動を検出する車体振動検出手段と、路面を撮影し路面の特徴点を撮影する車体に配置した第２のカメラと、前記第２のカメラの１回の露光時間内で撮影した路面の特徴点の画像を、前記車体振動検知手段の車体振動データで補正する車体振動補正画像処理手段と、
前記車体振動補正画像処理手段で処理した路面の特徴点の画像の方向変化の状態により車両の方向変化を検出する解析演算手段とを備えたことを特徴とする。

本発明は、車体の振動、傾斜、車高、車速、方向変化等の、車体の挙動等の種々の状態を高速で且つ正確に測定することができ、特に車両に設けたカメラにより路面を撮影し、画像を分析することにより前記のような各種の車体の挙動を１つの装置で測定することができる。

このうち振動を測定する手法はハードディスクやオーディオ及びナビゲーション装置の光ディスクにおけるヘッドクラッシュを事前に防ぐことができ、アクティブサスペンションのアクティブな安定性コントロールには本発明による振動予知と振動検知装置が有効に使用できる。

また、車両に用いられているホイール式車速計測方式や、従来の車速、加速、回転センサ等、車両に用いられている各種センサにおける振動による誤差をなくし、正確な計測データを得ることができるようになる。

更に、車両の傾斜測定機能を用いて、車体の自動レベリング、車体の重量バランスの測定、横風や高速走行による車体の浮き、加速や減速時の車体の傾き等を正確に測定できる。

また本発明による前記のような路面撮影画像の処理を行うことにより、従来のオプティカルフローのように２枚以上の画像を記憶する必要が無く、演算も比較的簡単である。またオプティカルフロー方式では２つの異なった時点の画像撮影、及びそれらの画像の比較を行うので、ブレが無いようにするためカメラも超高速露出でなければならないのに対して、本発明においてはワンショット撮影式であるので、オプティカルフロー方式のように超高速である必要なく、安価な装置により正確な測定が可能となる。

本発明は、車体の振動、傾斜、車高、車速、方向変化等の、車体の挙動等の種々の状態を高速で且つ正確に測定するという課題を、路面に投射した所定形状の画像を撮影する路面撮影手段と、前記路面撮影手段で撮影した画像の解析演算を行う解析演算手段とを備え、前記解析演算手段では撮影した画像の変形状態により車体の挙動を測定することにより実現し、また、路面を撮影し路面の特徴点を撮影する路面撮影手段と、車体振動を検知する車体振動検知手段と、前記路面撮影手段で撮影した路面の特徴点の画像を前記車体振動検知手段の車体振動データで補正する車体振動補正画像処理手段と、前記車体振動補正画像処理手段で処理した画像の解析演算を行う解析演算手段とを備え、前記解析演算手段では前記処理した画像により車体の挙動を測定することにより実現した。

図１は本発明の第１実施例の概要図であり、同図に示す例においては車両１の下部に、路面２に対して正方形や長方形の格子像等の所定の形状の画像を投影する投影器３と、投影した画像を撮影するカメラ４とを一体化した路面撮影部５を設けている。図１に示す例においては、同図（ｂ）に示すように投影機によって前車輪６、７の前車軸８と、後車輪９、１０の後車軸１１との間の路面に多数の枠からなるグリッドパターンとしての長方形の格子像１２を投射した例を示している。このように車体から相対的に見て静止している光学的画像を道路上に発し、反射光を高速カメラで撮影する。

なお、ここで投射するパターンはグリッドパターン以外に単なる外枠状の画像でもよく、更に必要に応じて各種多角形等の種々の図形を投射することができる。投影機３から投射される光学的画像は、後述するように高速カメラの視角以外の位置に焦点または仮焦点として投影されたものとし、車体と路面の相対距離と相対角度を検知・測定できるようにする。この投射画像を高速カメラで撮影すると、走行中でも車体と路面間での相対的傾きと車高とその変化を測定でき、その際に撮影される画像は揺れがほとんど無く、走行中は画像にブレのない静止画を得ることができる。

上記のような路面撮影部５におけるカメラ４による撮影画像は、図１（ｃ）に示すように画像処理部１３で所定の処理を行い、解析演算部１４では処理画像に基づいて、所定形状の格子枠が路面においてどのような形状になっているかを解析し、出力部１５から外部に出力して各種の用途に用いる。解析演算部では後に詳述するように各種の解析を行うことができるが、例えば格子枠の相似的な大小を検出して車高全体の変化を検出する車高変化検出部１６を備える。また、図１（ｂ）に示すような撮影画像において右後車輪９側の車高が低いことによる右後傾斜等の１車輪側傾斜の状態、後車軸１１側全体の車高が低いことによる後側傾斜等の１車軸側傾斜の状態、車体の左側の車高が低いことによる左側傾斜等の左右傾斜の状態等の車体の各種傾斜の状態を検出する車体傾斜検出部１７を備える。

更に、右前車輪６側が振動している右前振動等の１車輪側振動、前車軸８側が振動している前車軸振動等の１車軸側振動、車体全体が振動していることを検出する全体振動等の車体の振動状態を検出する車体振動検出部１８、更に必要に応じて路面に石等が存在すること、或いは路面に凹凸が存在することを検出する路面凹凸検出部等の各種の検出部を設けることができる。解析演算部１４で前記のような画像の解析による所定の演算を行い、種々の検出を行った結果は、出力部１５からこれらの検出結果を利用する各部に出力する。

上記のような投影機３とカメラ４からなる路面撮影部５は、前記のような車両１の中心下部に設ける以外に、同図に示すように車両１の先端部における下面に設けてもよく、両方設けてそれぞれの撮影画像を分析し、車両の速度を考慮した時間差の画像データを比較して路面の状態等を正確に検出するようにしても良い。このように車両１の先端部における下面に路面撮影部５を設け、車両の前方の路面に前記画像を投影しこれを撮影することにより、車両がこれから走行する路面の凹凸の状況を検出することができ、例えば路面の凹凸が所定以上大きいことを検出したとき、車両に搭載しているＨＤＤのヘッドを所定位置に戻す等の作動を、充分余裕をもって行う等、車両に振動が発生する前に振動発生を予測し、各種の制御を行うことができるようになる。

図１の解析演算部１４における車高検出部１６では前記のように車高を検出するものであるが、その際には例えば図２に示すように、同図（ｂ）のような正方形の格子画像を投射するとき１辺がＬｂの長さであって、この１辺の長さに対応した車高Ｈｂのデータが知られているとき、同図（ａ）に示すように同じ正方形の状態でその１辺が前記Ｌｂより小さなＬａであることを検出したときには、標準車高の状態より車高が低くなり、その車高は１辺の長さＬａに対応する車高Ｈａであることを検出することができる。

同様に同図（ｃ）のように同じ正方向の状態で１辺の長さが前記標準の長さＬｂより大きなＬｃであったときには、標準車高の状態より車高が高くなり、その車高は１辺の長さＬｃに対応する車高Ｈｃであることを検出することができる。このように格子投射画像の撮影画像が相似形に大小の変化を行う程度を検出することにより、車両全体の高さを検出し、それにより予め得られているデータと比較して車両重量を検出することもできる。

また図１の解析演算部１４における車体傾斜検出部１７では車体の傾斜の状態及びその程度を検出するものであるが、図３（ａ）に示すように、格子投射画像を撮影した画像が右後車輪９側の角部ｃのみが図中矢印で示すように格子内方に引き込まれているときには、右後車輪側の車高がその引き込まれている分だけ低いことを検出することができる。

同様に、右前車輪６側の角部ａのみが引き込まれていたときには右前車輪側の車高が低いことを検出し、左前車輪７側の角部ｂのみが引き込まれていたときには左前車輪側の車高が低いことを検出し、左後車輪１０側の角部ｄのみが引き込まれていたときには左後車輪側の車高が低いことを検出する。このように、いずれか一つの角部が格子画面内に引き込まれているときには、その角部に対応する１車輪側に車体が傾斜していること、及びその傾斜の程度を検出することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、格子投射画像を撮影した画像が右後車輪９側の角部ｃのみでなく、左後車輪１０側の角部ｄも同様に格子画面内方に引き込まれており、それにより角部ａとｂを結ぶ格子辺ａｂと、角部ｃとｄを結ぶ格子辺ｃｄとが平行であって全体として台形となっているときには、格子辺ｃｄの長さＬ２が、格子辺ａｂの長さＬ１より短くなっている程度を検出し、後車軸１１側の車高が全体的に所定高さ分だけ低くなっていることを検出することができる。

同様に、前車軸８側の格子辺ａｂが対向する格子辺ｃｄより短くなっていることを検出したときには、前車軸８側の車高が全体的に所定高さ分だけ低くなっていることを検出することができる。これにより車体全体に対する後側と前側の重量バランスを検出することが可能となる。

更に、図３（ｃ）に示すように、格子投射画像を撮影した画像が右前車輪６側の角部ａと右後車輪９側の角部ｃが均等に格子画面内方に引き込まれているときには、格子辺ａｂの長さＬ４が、格子辺ｂｄの長さＬ３より短くなっている程度を検出し、車体の右側の車高が全体的に所定高さ分だけ低くなっていることを検出することができる。

同様に、左前車輪７側の角部ｂと左後車輪１０側の角部ｄが均等に格子画面内方に引き込まれているときには、格子辺ｂｄの長さが、格子辺ａｃの長さより短くなっている程度を検出し、車体の左側の車高が全体的に所定高さ分だけ低くなっていることを検出することができる。これにより、車体全体に対する右側と左側の重量バランスを検出することが可能となる。

また図１の解析演算部１４における車体振動検出部１８においては車体の振動の状態とその程度を検出するものであるが、その際には例えば図４（ａ）に投射格子枠の外枠部分についてのみ示すように、格子枠角部ｂ部分が特にぶれている画像が得られたときには、この角部ｂに対応する左前車輪７部分において車体が振動していることを検出する。また、そのぶれの程度を解析することにより、振動の程度を検出することができる。

同様にして、格子枠の角部ａ部分が特にぶれている画像が得られたときには、この角部ａに対応する右前車輪６部分において車体が振動していることを検出し、また角部ｃ部分が特にぶれている画像が得られたときには、この角部ｃに対応する右後車輪９部分において車体が振動していることを検出し、また角部ｄ部分が特にぶれている画像が得られたときには、この角部ｄに対応する右後車輪１０部分において車体が振動していることを検出することができる。このようにして、いずれかの１車輪側を中心とした振動を検出する。

また図４（ｂ）に示すように、格子投射画像における格子角部ａとｂを結ぶ格子辺ａｂ部分が特にぶれている画像が得られたときには、格子辺ａｂに対応する前車軸８側部分の車体が振動していることを検出することができ、同様にして格子辺ｃｄ部分が特にぶれている画像が得られたときには、格子辺ｃｄ部分に対応する後車軸１１側部分の車体が振動していることを検出することができる。このようにして、いずれかの１車軸側が振動していることを検出することが可能となる。

更に同様に、格子辺ａｃ部分が特にぶれている画像が得られたときには、車体右側部分が振動していることを検出することができ、格子辺ｂｄ部分が特にぶれている画像が得られたときには、車体左側部分が振動していることを検出することができる。更に図４（ｃ）に示すように、撮影した格子投射画像全体が均等にぶれているときには、車体全体が振動していることを検出する。このようにして、車体の前側軸、後側軸、右側、左側を中心とした振動、及び車体全体の振動の状態を検出し、そのぶれの程度によって振動の程度を検出することができる。またカメラの１回の露出時間内で格子画像がぶれている状態を解析することにより、単なるぶれの程度の他に、後述する第２実施例と同様の振動画像データを得ることもできる。

本発明においては路面に投射した格子画像を撮影することにより更に種々の状態を検出することができ、例えば図４（ｄ）に示すように、格子投射画像における格子角部ｂ部分に局部的な画像変形部分が存在することを検出したときには、この部分に例えば石等の突起物が存在し、それにより局部的な画像変形が生じていると推定することができ、もしも左前車輪側が振動していることを検出したときにはこの突起物に乗り上げることにより振動したと推定することができ、その後左後車輪１０がこの突起物に取り上げて同様に振動することを予測することもできる。

このように路面の凹凸の状態は格子画像の非均等な変化として検出することができ、高速演算を行うことによりこの非均等な変化を等高線として扱うことにより、路面の微妙な変化も計測できるようになる。なお、本発明においては路面に投射した格子画像を撮影して画像解析を行うことにより、前記各種の態様以外にも必要に応じて更に種々の検出を行うことができる。

上記の手段を応用し、図１（ａ）にも示しているように車両の前端部に前記と同様の路面撮影部５’を設け、車両前輪の前方９０ｃｍ程度までを撮影して路面の状態を解析し、例えば図４（ｄ）のような路面上の突起物を検出する等によりこの突起物に前車輪が乗り上げて振動を起こす等の予測を行うことができる。またその予測振動がヘッドクラッシュを起こす可能性のある数値以上の場合には、ヘッドを安定格納位置まで移動させることができる。即ち、例えば時速１００ｋｍで走行しているときに９０ｃｍの距離を走行するのに要する時間は３０ｍ秒程度であり、ＨＤＤの作動中のヘッドを安定格納位置まで移動するに要する時間は１０〜２０ｍ秒程度であるので、現在の通常のＣＰＵ演算速度程度でも充分に対応することができる。したがって、ＨＤＤにかかった振動を検出してヘッドを安定格納位置まで移動するのでは充分な時間がないため間に合わないが、上記のような本発明においては充分対応することができるようになる。

また、前記のような種々の態様を更に組み合わせた態様による作動も可能であり、例えば車両が傾斜した状態での車高の変化の状態も検出することができる。即ち例えば図５に示すように路面と平行に車高が変化するときには、車体の下部に取り付けた格子枠等の画像を路面に投影しその画像を撮影すると、格子枠の外側の四隅は同図（ｂ）〜（ｄ）に示すように車高に応じて移動し、これをまとめて車高変化による変形として示す同図（ｅ）のように、全ての角が均等に移動することとなる。

なおこの例においては図５（ａ）に示すように、車体の下部に設けた投影・撮影機により、撮影機としての高速カメラの視角外の上方位置に焦点または仮焦点がある格子画像を投影し、カメラではこの画像を各種状態でも撮影できるように視角を設定して撮影を行うものであり、種々の状態で車体と路面の相対距離と相対角度を検知・測定できるようにしている。

図５に示すような路面と平行に車高が変化する場合に対して、図６に示すように車体が路面に対し相対的に角度αだけ傾斜しているとき、同様の投影・撮影機により投影画像を撮影すると、同図（ｃ）の標準車高においては前記図３（ｂ）と同様の作用によって、車高が低い方の画像が小さく、高い方の画像が大きく撮影されるため、車高が低い方の格子辺が短い台形に撮影される。

この標準状態より車高が低い場合には、同図（ｂ）に示すように全体が更に小さな台形画像で撮影され、また標準状態より車高が高い場合には、同図（ｄ）に示すように全体がより大きな台形画像で撮影される。したがって車体が路面と傾斜した状態で車高が変化すると全体として同図（ｅ）のような撮影画像の変形が生じる。このように、図６に示すような車体が傾斜しているときの車高に応じた撮影画像の変形は、図５に示すような車体が路面と平行な状態での車高の変化による変形と異なり、より複雑な変形となるが、予めこのようなデータを記録しておくことにより、容易に車体の傾斜と車高の変化を検出することができる。

前記の例は車体が路面に平行な場合も、また車体が路面と傾斜している場合も、車体全体が路面に対して上下動している場合について説明したが、その他例えば図７（ａ）に示すように、右前車輪側と左後車輪側を結ぶ軸線ｇを中心に揺動するときは、左前車輪側と右後車輪側が連動して移動して、図示するような格子画像枠が撮影される。また１車輪側のみが揺動するときには、同図（ｂ）に示すように、その車輪側の格子画像枠の角のみが移動する。これらの画像の変形や移動を検出することにより、前記の車体の揺動や上下動を検出することができる。なお、これらの揺動や上下動が高速の場合は、画像のぶれとして前記のような振動として検出される。

前記車体挙動測定装置の第１実施例においては、車両に設けたカメラにより路面の状態を撮影し、車両の各種の状態を検出するに際して、車両から格子画像等の所定の画像を投射し、その撮影画像を解析することにより検出を行った例を示したが、その他例えば図８に概要図を示すように、車両２１の車体略中央下部に路面撮影部２６、それに代わり、或いはそれに加えて車体前端下部に路面撮影部２６’を設け、路面２３を光源２７で照射し、その照射範囲２４内の撮影路面２５部分について、レンズ２９と高速２次元光学センサ３０を備えた高速カメラ２８で撮影を行い、後述するような処理を行って車両の各種の状態を検出するように構成しても良い。ここで用いる高速カメラ２８においては、例えば０．００１〜０．１秒における所定の時間露出し、その画像のぼけ方やぶれから後述するように車速や方向変換を計算する。

図８に示す第２実施例のシステムをより詳細に示したものが図９であり、前記図８と同様に光源２７により路面２３を照射し、その照射範囲２４内の撮影路面２５について、レンズ２９と高速２次元光学センサ３０を備えた高速カメラ２８で撮影する路面撮影部２６を備え、その路面撮影部２６で撮影した撮影画像をＡ／Ｄコンバータ３１でデジタル信号化し、車体振動補正画像処理部３４に出力する。このとき路面撮影画像は、その時の路面が例え路面状態の良いコンクリート舗装であっても、その路面上には細かな凹凸や塵、小石、各種異物等が存在するので、それらが撮影され、路面特徴点として認識される。

車体振動補正画像処理部３４では、車体振動検出装置３２における補正用信号３３を用い、Ａ／Ｄコンバータ３１から入力した撮影画像に対して車体固有の振動補正を行う。補正用信号としては、例えば前記第１実施例において述べたように、路面に対して格子枠等の所定の画像を投射し、これを撮影することにより車体固有の振動を測定し、そのデータを補正用信号３３として利用することができる。特にこの手法は車体の振動を正確に測定できるため、この実施例に適用することは有効である。

車体振動補正画像処理部３４において、前記のようにＡ／Ｄコンバータ３１で得られた撮影画像に対して、補正用信号３３により補正を行い、これを車速・方向変化解析演算部３５に出力する。車速・方向変化解析演算部３５では、その特徴点の画像が移動方向へ直線であるときには、車速検出部３６において高速カメラ２８によるシャッター期間中である所定の時間に移動した長さである移動量Ｌを演算し、これを車速３６として求める。また、車速・方向変化解析演算部３５の方向変化検出部３７で、入力された画像が移動方向とは異なっている方向への直線、或いは曲線であるときには、その直線の方向α、或いは曲線の終端の角度αを演算することにより、所定時間内に車両の方向が変化した角度αとして求めることができる。これらの演算結果は出力部３８から外部に出力し、各種の用途に用いる。

上記のような車体挙動装置の第２実施例においては、例えば図１０に示す作動フローによって順に作動させることができる。図８に示す路面撮影による車速・方向変化演算処理においては、最初に図９の路面撮影部２６により路面を撮影し、その時の振動を含んだ路面特徴点の画像を撮影し（ステップＳ１）、特徴点の移動を検出する（ステップＳ２）。

次いで、車体振動補正用信号の取り込みを行う（ステップＳ３）。なおこの補正用信号としては、前記のように実施例１における図１の車体振動検出部１８において、車体振動画像に基づいて検出した振動データを、車体振動補正用信号として用いることができる。また、このように正確な車体振動補正用信号得ることができるので、その車両の搭乗者の車内配置、荷物の積載状態等に応じた適切な補正用信号を得ることができる。

次いで前記ステップＳ２で検出した特徴点の移動画像を、車体振動補正用信号を用いて補正を行う（ステップＳ４）。この処理は、もしもエンジンが停止して車両も移動していないときに路面を撮影すると、図１１（ａ）のようにその撮影画像に特徴点Ｐ及びＱが存在するような状況において、仮に振動が全くない状態で車両が直進走行すると同図（ｂ）のように特徴点Ｐ、Ｑがシャッター期間中に長さΔｙ１だけ移動することとなる。

しかしながら実際には車体が振動していると、例えば同図（ｃ）のように特徴点Ｐ、Ｑが揺れる画像が撮影されることとなる。この画像において特徴点Ｐ、Ｑが更に多数存在しても、原則として各特徴点の画像は同様のものが得られる。同図（ｃ）においては、特徴点の画像が幅Δｘ１、長さΔｙ２の中で振動している例を示している。このような振動画像で代表される車体振動データは、車両走行中においても前記実施例１の図１における車体振動検出部１８で検出し、補正用信号として得ることができる。

車両が直進走行すると振動がない場合は前記（ｂ）のように直線になるものの、振動の存在する状態では同図（ｄ）のように、（ｃ）の画像を走行方向に引き延ばした画像が得られる。同図（ｄ）においては、幅はΔｘ１で長さがΔｙ３となっている例を示している。したがって前記ステップＳ４においては、ステップＳ２で得られた図１１（ｄ）のような特徴点の移動検出画像について、同図（ｃ）のような補正用信号を用いて補正を行い、同図（ｂ）のような振動がない直進走行時と同様の画像データを得ることができ、それにより各特徴点の長さΔｙ１を測定することにより、シャッター期間中に車両が走行した距離を振動の影響を無くして正確に測定することができるようになる。このような演算を図１０のステップＳ５において行う。

また、車両走行時の路面撮影画像において例えば図１１（ｅ）のように特徴点Ｐ、Ｑの画像が曲がっているときには、車両がシャッター期間中に方向を変化させたために、各特徴点の画像が幅Δｘ２と長さΔｙ４になったものとし、その方向に走行方向を変更させたことを検出することができる。また更に、同図（ｃ）の補正用信号を用いて画像解析を行うことにより、特徴点Ｐ、Ｑが例えば同図（ｆ）のように湾曲していることを検出することもでき、その曲線を更に解析することにより車両の方向変化の状態をより詳細に検出することもでき、またその長さにより車速を検出することができるのは前記と同様である。このような特徴点画像の回転角により、ステップＳ６において車両の方向変化量を演算する。このような振動補正を行った車速、及び方向変化量の演算データを、これらのデータを使用する車両制御部、或いはナビゲーション装置等の種々の装置に出力し（ステップＳ７）、再びステップＳ１に戻って前記作動を繰り返す。

本発明においては上記のように、振動、傾斜、車高、車速、方向変化等の、車体の挙動を１つの装置により正確に測定し、それらのデータを互いに利用することにより更に正確な測定を行うことができるようになるため、下記に例示するような種々の用途に利用することができる。

ＨＤＤ ヘッドクラッシュ防止センサにおいて、従来ノートパソコンなどに使われているのは加速度センサであり、ノートパソコンが振動したことを検知してＨＤＤヘッドを安全領域に運んでいる。しかしながら車載ナビゲーション装置では車が常に振動しているのでヘッドが随時読み書き出来ない状態になり、同じ手法を用いることができず、またサスペンションにかかった振動を検知してヘッドを安全領域に運ぶことは考えられるが、サスペンションに急な振動が加わった時点では、ヘッドを安全領域まで運ぶ時間（約１０〜２０ｍｓ）が十分取れない。そのため、ハードディスクを設けたヘッドユニットにダンパ等で支持させるくらいしか対策がなかったが、本発明における振動の検出機能を採用することにより、確実にその時間を確保できるようになる。特に車体の前方の路面を撮影することにより振動予測を行うことができ、充分な処理時間をとることができる。

また、アクティブサスペンションやアクティブ安定性コントロールの技術分野において、従来採用されているアクティブサスペンションコントロールはサスペンションなどに掛かる比重や振動などを検知する反応型であるが、本発明における振動予知＋振動検知装置を利用すると、単に反応するだけではなく、予知することも可能となり、車体に掛かった重量バランス・振動を反応的にコントロールするのではなく、それらを予知して事前にサスペンション・ブレーキ・アクセルなどをコントロールすることができ、これらの技術分野にとって車体を安定に保つ等、極めて有用が技術となる。

また、本発明の第１実施例において測定する車速・加速の状態、第２実施例での車速や回転角の測定において、車両の振動で起こる誤差を振動補正データで誤差補正することができ、より正確な測定が可能となる。そのため、今までに無い正確な車両の位置検出、車両走行方向検出などを行うこともできるようになる。

また、本発明による傾斜測定機能を用い、エアサスペンションなどでアクティブな制御を行い、常に車体を傾きのない状態に維持する自動レベリングを容易に、且つ正確に行うことができるようになる。更に、個々のタイヤにかかっている重量を正確に検知をすることにより、車体のダイナミックス計算に役立てることもできる。また、横風や車両の高速走行時のエアロダイナミックな浮きのために起こる車体の縦方向、横方向の傾きを測定でき、これをアクティブ安定性コントロール等に利用することもでき、更に加速や減速時の傾きを検知することによっても、アクティブサスペンション・アクティブ安定性コントロール等に利用可能である。また、搭乗員や荷物を含めた車の重量計測を正確に行うことができるので、それによってもエアロダイナミックな浮きや沈みの正確な計測を行うこともできる。

本発明の第１実施例の概要、及び各機能を示す図である。 同実施例において車高が均等に上下動するときの画像例を示す図である。 同実施例において車高が傾斜するときの画像例を示す図である。 同実施例において車両が振動するときの画像例、及び１車輪側に突起物を検出した画像例を示す図である。 同実施例において車体が路面と平行な状態で車高が変化するときの説明図である。 同実施例において車体が路面と傾斜した状態で車高が変化するときの説明図である。 （ａ）は同実施例において車体の対角線を軸として揺動するときの画像例を示す図であり、（ｂ）は同実施例において車体の１車輪側が上下動するときの画像例を示す図である。 本発明の第２実施例の概要図である。 同実施例における機能ブロック図である。 同実施例の作動フロー図である。 同実施例における各種撮影画像の例を示す図である。

符号の説明

１ 車体
２ 路面
３ 投影器
４ カメラ
５ 路面撮影部
６ 前車輪
７ 前車輪
８ 前車軸
９ 後車輪
１０ 後車輪
１１ 後車軸
１２ 格子像
１３ 画像処理部
１４ 解析演算部
１５ 出力部
１６ 車高変化検出部
１７ 車体傾斜検出部
１８ 車体振動検出部

Claims (3)

1. 車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置したカメラと、
   前記カメラで撮影した前記投影器から路面に投射された所定形状の画像の解析演算を行う解析演算手段とを備え、
   前記解析演算手段には、前記カメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態により車体の振動を検出する車体振動検出手段を備えたことを特徴とする車体挙動測定装置。
2. 車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置した第１のカメラと、前記第１のカメラで撮影した前記投影器から路面に投射さえた所定形状の画像により、前記第１のカメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態によって車体の振動を検出する車体振動検出手段と、
   路面の特徴点を撮影する車体に配置した第２のカメラと、
   前記第２のカメラの１回の露光時間内で撮影した路面の特徴点の画像を、前記車体振動検出手段の車体振動データで補正する車体振動補正画像処理手段と、
   前記車体振動補正画像処理手段で処理した路面の特徴点の画像の長さにより車速を検出する解析演算手段とを備えたことを特徴とする車体挙動測定装置。
3. 車体に配置された投影器から路面に投射した所定形状の画像を撮影する車体に配置した第１のカメラと、前記第１のカメラで撮影した前記投影器から路面に投射さえた所定形状の画像により、前記第１のカメラの露光時間内での撮影画像がぶれている状態によって車体の振動を検出する車体振動検出手段と、
   路面を撮影し路面の特徴点を撮影する車体に配置した第２のカメラと、
   前記第２のカメラの１回の露光時間内で撮影した路面の特徴点の画像を、前記車体振動検知手段の車体振動データで補正する車体振動補正画像処理手段と、
   前記車体振動補正画像処理手段で処理した路面の特徴点の画像の方向変化の状態により車両の方向変化を検出する解析演算手段とを備えたことを特徴とする車体挙動測定装置。

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