JP5372488B2 - 車両用ランプのオートレベリングシステム - Google Patents

Description

本発明は自動車等の車両用ランプ、特にヘッドランプの照射方向を車体の傾きに対応して上下方向に制御するオートレベリングシステムに関するものである。

自動車の乗員数の変化や積載する貨物の変化等によって車体のピッチ角、すなわち車体の前後が上下方向に傾いたときの水平方向に対する傾き角が変化すると、ヘッドランプのランプ光軸はこのピッチ角変化に伴って上下方向に変化されてしまい自車が走行する前方の路面を適正に照明できなくなる。これを回避するために車体のピッチ角の変化を検出し、検出したピッチ角変化を相殺するようにヘッドランプのランプ光軸を上下方向に制御するオートレベリングシステムが提案されている。このようなオートレベリングシステムとして、例えば特許文献１では、自動車の前輪又は後輪位置における車体の路面からの高さを検出する車高センサを設け、この車高センサで検出した車高に基づいて車体の前後方向の傾き角であるピッチ角を求め、得られたピッチ角に基づいてヘッドランプのランプ光軸をレベリング制御している。

この特許文献１の技術では、前輪又は後輪のいずれか一方における車高を検出するだけで車体のピッチ角が得られるので、従前のように前輪と後輪の両方における車高を検出してピッチ角を求める技術に比較して車高センサの数やこれにつながる配線数を低減でき、構成の簡略化を図るとともに配置スペースやコストの点で有利なものになる。

また、特許文献２のように、車体に加速度センサ等からなる傾斜センサを設け、この傾斜センサにより車体の傾斜角、すなわちピッチ角を検出し、このピッチ角に基づいてヘッドランプのランプ光軸をレベリング制御するようにした技術も提案されている。この特許文献２の技術においては、傾斜センサは車高センサに比べて小型かつ低コストに構成できるので、自動車に配設する際の配置スペースを低減する上で極めて有利なものになる。
特開平１０−２２６２７１号公報 特開２００２−３３７６００号公報

特許文献１の技術は、検出した車高を予め一義的に設定した関係式に適用して車体のピッチ角を演算する構成となっているので、車両の様々な走行態様に必ずしも適合しない場合があり、検出するピッチ角に誤差が生じることがある。例えば、図６（ａ）のように、自動車ＣＡＲの後輪ＲＷにおける車高ｈｒを車高センサで検出してピッチ角を得るようにした構成のときに、乗員や荷物が自動車ＣＡＲの後部に集中して車体の後部の車高ｈｒが低くなった場合と、図６（ｂ）のように乗員や荷物が自動車ＣＡＲの前後に均等に加えられて車体の前部と後部の車高ｈｒが同時に低くなった場合とを区別することが難しい。すなわち、前者の場合には車体の前部が上方を向くように傾斜して適正なピッチ角が得られるとしても、後者の場合には車体全体の車高が均等に低くなって車体が殆ど傾斜しないのにもかかわらず前者と同じピッチ角が演算されてしまうことになる。そのため、後者の場合にも前者と同様にランプ光軸を下方に偏向するレベリング制御が行われてしまい、自車の前方領域を照明した際の視認性が低下するという問題が生じてしまう。

特許文献２の技術は車体の傾斜に伴って生じる傾斜センサ、すなわち加速度センサでの重力加速度の変化から車体のピッチ角を得ている。この傾斜センサにより検出されるピッチ角は車高から演算されるピッチ角に比較して高い精度が得られると考えられるが、現在提供されている傾斜センサでは未だピッチ角を広い角度範囲にわたって高い精度で検出することは難しく、傾斜センサで検出したピッチ角のみで適正なレベリング制御を実現することは難しいのが現状である。

本発明の目的は、車体が傾斜した場合と車体の全体の車高が変化した場合とを認識して適正なピッチ角を得ることができ、これにより視認性を確保した適正な照明を行うことを可能にしたオートレベリングシステムを提供するものである。

本発明の車両用ランプのオートレベリングシステムは、車両の前輪又は後輪位置における車高を検出する車高センサの検出出力に基づいて車体のピッチ角を求め、得られた車体ピッチ角に基づいてランプ光軸を上下方向にレベリング制御する車両において、車両の傾きを参照ピッチ角として検出するための傾斜センサと、車体ピッチ角を参照ピッチ角で補正するピッチ角補正手段とを備え、補正した補正ピッチ角に基づいてランプ光軸のレベリング制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、車高センサから得られる車体ピッチ角に誤差が生じていても、傾斜センサから得られる参照ピッチ角を利用して車体ピッチ角を補正することで誤差を解消ないし低減し、精度の高い車体ピッチ角を得ることができる。これにより、視認性を確保した適正な照明を行うことが可能になる。

また、本発明においては、ピッチ角補正手段は、ピッチ角の補正に際し、車高センサから得られる車体ピッチ角と、傾斜センサから得られる参照ピッチ角との差が所定値以上のときに車体ピッチ角を変更する補正を行う。差が所定値よりも小さいときには車体ピッチ角の精度が高いと推測されるので補正を行う必要はなく、車体ピッチ角と参照ピッチ角との差が大きいときにのみ補正を行うことで車体ピッチ角の精度を高めることが可能になる。

さらに、本発明においては、予め設定した複数の異なる補正係数のうちから車高センサで検出した車高に対応する補正係数に基づいて補正ピッチ角を算出する。車高の違いによって検出する車体ピッチ角の誤差に差が生じるので、補正係数を車高に応じて変更することで各車高における補正した車体ピッチ角、すなわち補正ピッチ角の精度を高めることが可能になる。

次に、本発明の実施例１を説明する。図１は本発明を適用した自動車ＣＡＲの全体構成図である。自動車ＣＡＲの車体ＣＢには車輪ＦＷと後輪ＲＷがサスペンション機構等により支持されており、乗員や荷物の積載状態が変化したときに車体の前後方向の傾き状態が変化され、車体のピッチ角が変化される。前記車体ＣＢの前部の左右にはそれぞれヘッドランプＨＬが配設されている。ここではヘッドランプＨＬはランプボディ２１と前面透明カバー２２とでランプハウジング２０が構成され、このランプハウジング２０内にプロジェクタ型ランプ２３が内装されている。このプロジェクタ型ランプ２３は前後方向に傾倒可能なブラケット２４に支持されており、レベリング機構２によって傾倒角度が制御できるように構成されている。すなわち、レベリング機構２は前記ランプボディ２１の一部に固定され、レベリング制御信号が入力されたときに駆動ロッド２ａを前後方向に進退移動する電磁ソレノイド構造あるいは電気モータ構造をしたアクチュエータとして構成されている。これにより、レベリング機構２は入力されるレベリング制御信号によってブラケット２４の傾倒角度を変化させ、これに支持されたプロジェクタ型ランプ２３を一体的に前後方向に傾倒させ、そのランプの光軸ＬＡを上下方向に偏向制御して、いわゆるレベリング制御を行うようになっている。

前記レベリング機構２には前記レベリング制御信号を生成して出力するレベリング制御装置１が接続されている。このレベリング制御装置１には１つの車高センサＳＨと１つの傾斜センサＳＤがそれぞれ接続されている。車高センサＳＨは前記後輪ＲＷの車軸をサスペンション支持している車体ＣＢの一部に固定されており、乗員や荷物の積載状態が変化して車体ＣＢが前後方向に傾斜したときに生じる後輪位置での車高、通常では無積載状態の高さ位置から低下した車高を検出する。傾斜センサはここでは特定方向の加速度を検出する加速度センサで構成されており、この特定方向を鉛直方向に設定して重力加速度を検出するように構成する。車体ＣＢが傾斜したときにこれに伴って加速度センサの特定方向が鉛直方向に対して傾斜されることになり、検出する重力加速度が変化される。

前記レベリング制御装置１は、図２にブロック構成を示すように、前記車高センサＳＨで検出した後輪位置での車高ｈｘから車体ＣＢの傾斜角、すなわちピッチ角Ｐｈを演算する車体ピッチ角演算部１１と、前記傾斜センサＳＤで検出した重力加速度から車体ＣＢの傾斜角を参照ピッチ角Ｐａとして求める参照ピッチ角演算部１２と、検出した車体ピッチ角Ｐｈを参照ピッチ角Ｐａで補正して補正ピッチ角Ｐｈｈを求める補正ピッチ角演算部１３と、この補正処理された補正ピッチ角Ｐｈｈに基づいて前記ヘッドランプＨＬのランプ光軸ＬＡの上下方向の偏向角を演算し、前記レベリング制御信号を前記レベリング機構２に出力するレベリング制御信号出力部１４とを備えている。

このオートレベリングシステムにおけるレベリング制御動作の概略を図３のフローチャートを参照して説明する。自動車の乗員数の変化や積載荷物の変化等によって車体が傾斜すると後輪における車高が変化し、車高センサＳＨは車高ｈｘを検出する（Ｓ１１）。車体ピッチ角演算部１１は、検出した車高ｈｘに基づいて後述する手法で車体ピッチ角Ｐｈを演算する（Ｓ１２）。一方、これと同時に車体の傾斜に対応して傾斜センサＳＤが加速度変化を検出すると（Ｓ１３）、この検出値に基づいて参照ピッチ角演算部１２は車体の傾斜角を参照ピッチ角Ｐａとして演算する（Ｓ１４）。そして、補正ピッチ角演算部１３は、後述するように車体ピッチ角演算部１１で検出された車体ピッチ角Ｐｈを参照ピッチ角演算部１２で検出した参照ピッチ角Ｐａを用いて補正処理を行う（Ｓ１５）。次いで、レベリング制御信号出力部１４は、現在レベリング機構２に出力している現在のレベリング制御信号からヘッドランプＨＬのランプ光軸ＬＡの上下方向の角度を認識し、この認識したランプ光軸ＬＡの角度と補正された補正ピッチ角Ｐｈｈとに基づいて当該ランプ光軸ＬＡが路面に対して所定の角度になるような新たなレベリング制御信号を生成してレベリング機構２に出力する（Ｓ１６）。これにより、レベリング機構２はレベリング制御信号に基づいて動作され、ブラケット２４を傾動してプロジェタク型ランプ２３のランプ光軸ＬＡを上下方向に偏向するレベリング制御を実行する（Ｓ１７）。

前記レベリング制御装置１の車体ピッチ角演算部１１での演算動作について説明する。車体ピッチ角演算部１１では、予め実測等に基づいて車高に対する車体ピッチ角の関係式を定義しており、検出した車高をこの関係式に適応して車体ピッチ角を求めている。図４はこの関係式を示す図であり、横軸は後輪位置での車高ｈｘであるが、ここでは無積載時から低下した車高であり、縦軸は車体ピッチ角Ｐｈである。この関係式は、自動車における乗員や荷物の積載状態としてケース１からケース６を設定し、これら各ケース１〜６の車高に対する車体ピッチ角を図上にプロットし、その上でこれらの点に近似する直線の関係式として設定したものである。ここでは、それぞれ直線特性を有する２本の第１制御線ＣＬ１と第２制御線ＣＬ２とを組み合わせた関係式として設定している。したがって、車高センサで検出した車高をこれら第１制御線ＣＬ１又は第２制御線ＣＬ２に適用することで車体ピッチ角を得ることができる。

ここで、ケース１は運転者が１人乗車した場合、ケース２は前席に２人が乗車した場合、ケース３は運転者と後席に２人又は３人乗車した場合、ケース４は定員が乗車した場合、ケース５は定員が乗車して後部トランクに荷物を積載した場合、ケース６はケース５のトランクに荷物を規定一杯に積載した場合である。このように、第１制御線ＣＬ１はケース１，２に近似する制御線となり、第２制御線ＣＬ２はケース３，６に近似する制御線となり、第１制御線ＣＬ１の傾きαは第２制御線ＣＬ２の傾きβよりも小さくなっており、両者は折点において接続された特性となる。しかし、ケース２，３においては各制御線に対して若干の誤差ｄ２，ｄ３が生じており、ケース４，５においてはそれよりも大きな誤差ｄ４，ｄ５が生じている。ケース６では誤差は無視できる。そのため、これらケース２，３，４，５においては、検出した車高ｈｘを第１制御線ＣＬ１、第２制御線ＣＬ２に適用したときには車体ピッチ角Ｐｈは高めに検出されることになり、したがってこの車体ピッチ角Ｐｈをそのまま用いたレベリング制御ではヘッドランプＨＬのランプ光軸ＬＡは適正方向よりも下方に下げ過ぎる制御が行われてしまうことになる。

補正ピッチ角演算部１３は、これらケース２，３，４，５における車体ピッチ角Ｐｈの誤差ｄ２〜ｄ５を参照ピッチ角Ｐａを参照して補正することで、誤差を低減ないし解消した補正ピッチ角を得ている。補正ピッチ角演算部１３では、図４に示した関係式について、同図に示すように、ケース２，３，４，５をそれぞれほぼ含む４つの領域Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の各領域に分割する。これはケース２，３，４，５において第１制御線ＣＬ１、第２制御線ＣＬ２に対する誤差の値がそれぞれ相違しており、それぞれの誤差量がケース２からケース５になるのに従って徐々に大きくなっていることに基づいている。各分割した領域Ａ２，Ａ３，Ａ４はそれぞれ領域の境界となる境界値としての車高ｈ１とｈ２，ｈ２とｈ３，ｈ３とｈ４で挟まれる領域とし、領域Ａ５は境界値ｈ４以上の領域として設定している。因みに、ここでは境界値ｈ１は車高「０」にしており、境界値ｈ２は第１制御線ＣＬ１と第２制御線ＣＬ２の折点とし、境界値ｈ３，ｈ４はケース３と４、及びケース４と５の各中間値である。

図５は補正ピッチ角演算部での補正処理ステップＳ１５での動作を説明するフローチャートである。補正ピッチ角演算部１３は車体ピッチ角演算部１１で検出した車体ピッチ角Ｐｈと参照ピッチ角演算部１２で検出した参照ピッチ角Ｐａとのピッチ角差を演算し、このピッチ角差を誤差しきい値Ｐｔｈと比較する（Ｓ２０）。この誤差しきい値Ｐｔｈは前記ケース２〜５における誤差ｄ２〜ｄ５のうち、最小の誤差ｄ２よりも小さい値である。そして、ピッチ角差が誤差しきい値Ｐｔｈよりも小さいときには係数ＫをＫ＝１に設定する（Ｓ２１）。すなわち、車高センサＳＨから得られる車体ピッチ角Ｐｈと傾斜センサＳＤから得られる参照ピッチ角Ｐａの差が少ないときには両者の検出精度が高いものと推測されるので、係数Ｋを「１」に設定する。この係数「１」は後述するようにステップＳ３０において車体ピッチ角Ｐｈをそのまま補正ピッチ角Ｐｈｈとし、レベリング制御の基にするものである。ここでは、第１制御線ＣＬ１と第２制御線ＣＬ２はケース１，ケース２に基づいて設定しているので、ケース１，ケース２の場合には車体ピッチ角Ｐｈと参照ピッチ角Ｐａの差は零に近い値となり、係数Ｋは「１」になる。

一方、ピッチ角差が誤差しきい値Ｐｔｈよりも大きいときには、車体ピッチ角Ｐｈが実際のピッチ角に近いと推測される傾斜センサＳＤによる参照ピッチ角Ｐａに対して無視できない誤差が存在していると考えられる。そこで、車体ピッチ角演算部１１で検出した車体ピッチ角Ｐｈが領域Ａ２〜Ａ５のいずれの領域に属するかを判定する。ただ、本発明においては後輪の車高ｈｘが０以上のときには補正処理を行わないので、先ず車高ｈｘが０よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２２）。車高ｈｘが０以上のときにはステップＳ２０の場合と同様に係数ＫをＫ＝１とする（Ｓ２１）。車高ｈｘが０よりも小さいときには、先ず、車高ｈｘが境界値ｈ２よりも大きくて車体ピッチ角Ｐｈが領域Ａ２に入るか否かを判定し（Ｓ２３）、この領域Ａ２に含まれる場合には係数ＫをＡ＝Ｋ２とする（Ｓ２４）。そうでない場合には車高ｈｘが境界値ｈ３よりも大きくて車体ピッチ角Ｐｈが領域Ａ３に入るか否かを判定し（Ｓ２５）、領域Ａ３に含まれる場合には係数ＫをＫ＝Ｋ３とする（Ｓ２６）。そうでない場合には、車高ｈｘが境界値ｈ４よりも大きくて車体ピッチ角Ｐｈが領域Ａ４に入るか否かを判定し（Ｓ２７）、領域Ａ４に含まれる場合には係数ＫをＫ＝Ｋ４とする（Ｓ２８）。車高ｈｘが境界値ｈ４よりも小さくて車体ピッチ角Ｐｈが領域Ａ４に含まれない場合には領域Ａ５であるとし、係数ＫをＫ＝Ｋ５とする（Ｓ２９）。

ここで、前記係数Ｋ２は、図４を参照すると、ケース２において得られるピッチ角Ｐ２と、このケース２の車高のときに第１制御線ＣＬ１で与えられるピッチ角Ｐ２’との比、すなわち、Ｐ２／Ｐ２’の値、あるいはこれに近い値に設定される。同様に、図示は省略するが、係数Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５はそれぞれケース３，４，５における各ピッチ角Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５と、その車高のときに第２制御線ＣＬ２で与えられるピッチ角Ｐ３’，Ｐ４’，Ｐ５’との比の値、あるいはこれに近い値である。因に、係数Ｋ３はＫ３＝Ｐ３／Ｐ３’，係数Ｋ４はＫ４＝Ｐ４／Ｐ４’，係数Ｋ５はＫ５＝Ｐ５／Ｐ５’に設定される。図４の特性の場合には、各係数Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５は「１」よりも小さい値になる。

しかる上で、図５に示したように、補正ピッチ角演算部１３では、検出された車体ピッチ角ＰｈにステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ２９で得られた係数Ｋを乗算して補正ピッチ角Ｐｈｈを演算する（Ｓ３０）。例えば、ステップＳ２２で得られた係数Ａ＝１のときには係数「１」であるので、車体ピッチ角Ｐｈはそのまま補正ピッチ角Ｐｈｈとなる。すなわち、実質的な補正は行わない。ステップＳ２４で得られた係数Ｋ＝Ｋ２のときには、車体ピッチ角Ｐｈに係数Ｋ２を乗算した値が補正ピッチ角Ｐｈｈとなる。係数Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５の場合も同様である。これにより、各領域Ａ２〜Ａ５に分類された車高は、第１制御線ＣＬ１又は第２制御線ＣＬ２から得られるピッチ角に対してケース２〜５と第１，２制御線との間に生じる誤差ｄ２〜ｄ５に相当する分の補正が行われ、ケース２〜５のピッチ角により近い値の補正ピッチ角Ｐｈｈに補正される。実施例１では、係数Ｋ２〜５はいずれも「１」よりも小さい値であるので、補正ピッチ角Ｐｈｈは車体ピッチ角Ｐｈよりも小さい値となり、図４のケース２〜５に整合する車体ピッチ角となる。

このように補正により得られた補正ピッチ角Ｐｈｈはレベリング制御信号出力部１４に入力され、ここで補正ピッチ角Ｐｈｈに基づくヘッドランプＨＬのランプ光軸ＬＡのレベリング制御が行われる。このレベリング制御についての詳細な説明は省略するが、特に領域Ａ２〜Ａ５において、車高ｈｘに基づいて第１制御線ＣＬ１及び第２制御線ＣＬ２から得られた車体ピッチ角Ｐｈに誤差が生じていても、実測から得られたケース２〜５のピッチ角と当該ケース２〜５の車高に基づいて第１，２制御線ＣＬ１，ＣＬ２から得られたピッチ角との比を用いて補正した補正ピッチ角は実際の車体ピッチ角に近い値に補正されるので、ランプ光軸ＬＡのレベリング制御を高めることができる。これにより、車高センサＳＨで検出した車高に基づいて演算する車体ピッチ角Ｐｈに潜在している誤差を低減ないし解消し、実際の車体ＣＢの傾斜に対応した適切なレベリング制御が実現でき、視認性の高い照明が実現できる。

ここで、車高ｈｘに基づいて車体ピッチ角Ｐｈを得るための関係式は実施例１、すなわち図４に示した関係式の場合に限られるものではない。また、自動車の車種の違いによって関係式の制御線の特性が相違するとともに、当該関係式から得られるピッチ角と、実測した複数の異なるケース（積載状態）でのピッチ角との間に生じる誤差が相違する場合があるので、実施例１の領域Ａ２〜５の分割形態、例えば分割するための車高値や分割数、ならびに各領域における車体ピッチ角に乗算する係数Ｋ２〜５についても車種毎に適正な値に設定することが好ましいことは言うまでもない。

実施例１では後輪位置に配置した車高センサに基づいて車体ピッチ角を検出しているが前輪位置に車高センサを配置してもよい。また、傾斜センサとして加速度センサを用いているが、他の原理に基づいて傾斜を検出するセンサを用いてもよい。特に、加速度センサは小型に構成できるので、実施例１のレベリング制御装置に内装することも可能であり、傾斜センサとレベリング制御装置との配線を不要にし、システムの小型化、簡易化を図ることもできる。

実施例１のシステムの全体構成を示す概略図である。 レベリング制御装置のブロック構成図である。 実施例１のシステムの主要動作を説明するフローチャートである。 車体ピッチ角を検出する手法を説明する関係式を示す図である。 補正ピッチ角を演算する動作を説明するフローチャートである。 特許文献１における問題点を説明するための概念図である。

符号の説明

１ レベリング制御装置
２ レベリング機構
１１ 車体ピッチ角演算部
１２ 参照ピッチ角演算部
１３ 補正ピッチ角演算部
１４ レベリング制御信号出力部
ＣＡＲ 自動車
ＣＢ 車体
ＳＨ 車高センサ
ＳＤ 傾斜センサ
ｈｘ 車高
Ｐｈ 車体ピッチ角
Ｐａ 参照ピッチ角
Ｐｈｈ 補正ピッチ角

Claims (1)

1. 車両の前輪又は後輪位置における車高を検出する車高センサの検出出力に基づいて車体のピッチ角を求め、得られた車体ピッチ角に基づいてランプ光軸を上下方向にレベリング制御する車両において、前記車両の傾きを参照ピッチ角として検出するための傾斜センサと、前記車体ピッチ角を前記参照ピッチ角で補正するピッチ角補正手段とを備え、補正した補正ピッチ角に基づいて前記ランプ光軸のレベリング制御を行う構成であり、前記ピッチ角補正手段は、前記車高センサから得られる車体ピッチ角と前記傾斜センサから得られる参照ピッチ角との差が所定値以上のときに、予め設定した複数の異なる補正係数のうちから前記車高センサで検出した車高に対応する補正係数に基づいて前記補正ピッチ角を算出することを特徴とする車両用ランプのオートレベリングシステム。

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