JP5673462B2

JP5673462B2 - 前照灯装置

Info

Publication number: JP5673462B2
Application number: JP2011200780A
Authority: JP
Inventors: 靜一田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: JP2013060140A

Description

本発明は、前方車両の存在に応じて配光パターンを変化させることができる前照灯装置に関する。

車両の前照灯装置は、適切な範囲を対向車や先行車にグレアを与えないように照明することが要請されており、従来からロービームやハイビームといった照明範囲の切替が可能になっている。

しかし、ロービームでは照明範囲の到達距離が短く、運転者としてより前方まで視認したいという要求があり、ハイビームでは、遠方まで視認可能だが先行車両や対向車両にグレアを与えることが懸念されてしまう。

そこで、先行車両や対向車両の検出結果に応じて、前照灯装置の配光を可変にする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、ロービーム用配光パターンのカットオフラインから上方の領域を含む付加配光パターンを形成可能な灯具ユニットを備え、先行車両や対向車両の台数が所定のしきい値を超えた場合には、付加配光パターンの形成を制限する車両用前照灯装置が提案されている。

特開２０１１−１６４４０号公報

しかしながら、特許文献１では、先行車両や対向車両の数が閾値以上か否かで配光を変えることしかできず、先行車両や対向車両の位置を考慮した配光の制御について考慮されていない。また、先行車両や対向車両の位置を考慮して配光の制御を行う場合、車両の位置を検出する必要があるが、車両の数が増えると処理負荷が増大し、高機能な演算装置が必要になるなどコスト増をもたらすという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、前方の車両数が多い場合に、車両位置を適切に管理して配光パターンを変更可能な前照灯装置を提供することを目的とする。

本発明は、前方車両の存在に応じて配光パターンを変化させることができる前照灯装置において、複数の先行車両のうち右端及び左端の車両の位置のみを推定し、複数の対向車両のうち右端及び左端の車両の位置のみを推定する前方車両検出手段と、右端の先行車両が存在する位置から左端の先行車両が存在する位置までの一連の第１の配光領域、及び、右端の対向車両が存在する位置から左端の対向車両が存在する位置までの前記第１の配光領域とは異なる一連の第２の配光領域を除き前方を照明する照明領域制御手段と、を有する。

前方の車両数が多い場合に、車両位置を適切に管理する前照灯装置を提供することができる。

前照灯装置の配光について説明する図の一例である。前方車両の位置情報を説明する図の一例である。グルーピングを模式的に説明する図の一例である前照灯装置の構成図の一例である。グルーピングについて詳細に説明する図の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

〔ＡＺＢについて〕
近年、高輝度なＬＥＤが開発され徐々に車両に搭載されるようになっている。このような高輝度の光源を用いれば、比較的小さな光源をいくつか搭載した多灯の灯具を実現することができる。

図１は、前照灯装置の配光について説明する図の一例である。本実施形態の前照灯装置はＡＺＢ（ＡｌｌＺｏｎｅＢｅａｍ）という配光制御機能を搭載している。ＡＺＢとは、前照灯装置に複数のＬＥＤ又は多灯のＬＥＤを搭載し、各ＬＥＤを点灯／消灯させることで、先行車両や対向車両（以下、区別しない場合「前方車両」という）が存在しない範囲のみを照明する配光制御である。

図１の例では、自車両の前方を、先行車両と対向車両が走行している。ＡＺＢが搭載された前照灯装置は、前方車両の位置を検出して、照明可能な全範囲のうち、前方車両が存在する範囲を照明しない。こうすることで、遠方まで照明しながら、前方車両にグレアを与えることも抑制でき、夜間の前方視界を拡大することができる。

ＡＺＢを搭載した前照灯装置は、図示する照明範囲Ｌをロービームで照明する。ロービームの照明範囲は常に照明された状態である。これに対し、ハイビームの照明範囲Ｈは、予め複数の領域に区分されており、前照灯装置は複数の領域の１つずつを選択的に照明・消灯することができる。図では例として１０個の領域が図示されており、左から４，７，８の領域だけが照明されない状態となっている。以下、４，７，８のように照明されない領域をマスキング領域という。

マスキング領域を決定するには、前方車両がマスキング領域を走行していることを検出する必要がある。このため前照灯装置は前方車両の位置を管理している。

図２は、前方車両の位置情報を説明する図の一例である。カメラで前方車両を検出する場合、夜間においては先行車両のテールランプ又は対向車両のヘッドランプが高輝度に撮影される。このため、前照灯装置は、画像データから所定輝度以上の画素領域を探索して、テールランプ又はヘッドランプの位置を検出する。図では、３台の先行車両及び３台の対向車両が走行しているため、合計で１２個の位置情報Ｘ１〜Ｘ１２を検出可能である。

しかしながら、前照灯装置は画像データにおけるテールランプ又はヘッドランプの位置からマスキング領域を決定するため、実空間における車両の位置を推定するが、このように多くの数の位置を推定することは、処理負荷の増大をもたらしてしまう。すなわち、実空間の位置を推定するマイコンの負荷が増大するため、高価格なマイコンを搭載する必要が生じる。

また、ＡＺＢでは、カメラによる前方車両の位置の検出と、ＬＥＤの消灯・点灯との間に良好な応答性が要求される。前方車両が現れてからＬＥＤの消灯までの時間が長いと、前方車両にグレアを与えてしまうからである。

このため、カメラがＬＥＤの制御装置に送信する位置情報（画像データ上でも実空間内のでもよい）の通信周期を短くする必要があり、例えば５０ｍ秒程度の通信周期が望ましいとされている。このように通信周期が早い状況で、前方車両の数が多いと、車載ＬＡＮ上の通信量も増大するため、他の通信を圧迫してしまう。通信負荷が設計上の許容量を超える場合、新しいバスを搭載すればよいが、そのためのゲートウェイやハーネスの追加が必要になるため、車両コストが増大してしまう。

そこで、本実施形態の前照灯装置は、前方車両をグルーピングすることで、管理すべき位置情報の数を低減する。これにより、前方車両の数が多くても、処理負荷及び通信量の増大を抑制できる。

図３は、グルーピングを模式的に説明する図の一例である。例えば、３台の先行車両のうち、自車両の中央に最も近い車両Ａの右側のテールランプＸ３を検出したとする。グルーピングでは、１つのマスキング領域に存在する複数の車両だけでなく、隣接したマスキング領域に存在する複数の車両があれば、それらの車両を含めてマスキング領域とする。このため、前照灯装置は以下のような手順で車両を探索する。
(i) 車両Ａの右側のテールランプから所定範囲内に車両Ｃの右側のテールランプを検出する。
(ii) 車両Ｃの右側のテールランプから所定範囲内に、車両Ａの左側のテールランプを検出する。
(iii) 車両Ａの左側のテールランプから所定範囲内に、車両Ｃの左側のテールランプを検出する。
(iv) 車両Cの左側のテールランプから所定範囲内に、車両Ｂの右側のテールランプを検出する。
(v) 車両Ｂの右側のテールランプから所定範囲内に、車両Ｂの左側のテールランプＸ４を検出する。

このように、自車両から見て水平方向に一部が重畳している車両Ａ〜Ｃが走行している場合、車両Ａ〜Ｃが存在する一連の走行領域は照明すべきでないので、１つのマスキング領域として扱えば足りる。このため、前照灯装置は車両Ａの右側のテールランプから、車両Ｂの左側のテールランプまでの６つの位置情報を１つのグループとして扱う。このグループの位置情報としては、テールランプＸ３とＸ４の２つの位置情報があれば十分になる。したがって、この場合は、６つの位置情報を２つ（三分の一）に低減できたことになる。

右側の３台の対向車両についても同様であり、車両Ｄ〜Ｆは自車両から見て水平方向に一部が重畳しているので、車両Ｄ〜Ｆの走行領域を１つのマスキング領域とすることができる。すなわち、前照灯装置は車両Ｄの左側のヘッドランプから、車両Ｆの右側のヘッドランプまでの６つの位置情報を１つのグループとして扱う。したがって、このグループの位置情報としては、ヘッドランプＸ１とＸ２の２つの位置情報があれば十分になる。

〔構成例〕
図４は、前照灯装置１００の構成図の一例を示す。制御装置１２とカメラ１１が車載ＬＡＮ１８を介して接続されている。車載ＬＡＮ１８は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＦｌｅｘＲａｙなどの比較的高速な通信が可能なプロトコルのネットワークである。

カメラ１１は、車幅方向の略中央の例えば室内ルームミラーの車両前方に、光軸を水平よりもやや下向きに向けて搭載され、車両前方の所定角範囲を撮影する。カメラ１１は、ＣＭＯＳやＣＣＤの光電変換素子により、所定の輝度階調（例えば、２５６階調）の画像データを、サイクル時間（例えば、３０〜６０フレーム／秒）毎に出力する。カメラ１１は不図示のマイコンと一体に構成され、カメラ１１は順次撮影された画像データに対し画像処理を行い前方車両を検出する。そして、複数の前方車両があればそれをグルーピングして、１グループ当たり２つの位置情報だけを制御装置１２に送信する。

カメラ１１は、テールランプやヘッドランプを特定するため、所定値以上の輝度で所定の形状や大きさの動体を特定する。動体であることは、自車両の速度及び自車両と対向車両との相対速度から求めた、前方車両の路面に対する速度から判定できる。

カメラ１１の高さと光軸の向きは固定であり、また、焦点距離や収差などのカメラパラメータも少なくともカメラ１１にとっては既知である。したがって、カメラ１１の画像データの各ピクセルは、路面の位置と１対１に対応する。ピクセルが特定されれば、カメラ１１からそこに撮影されている路面までの距離や方向を特定できる。車両のテールランプやヘッドランプは路面上ではないが路面から数十センチ上方に存在するとしてよいので、その分を補正することで各テールランプ又はヘッドランプの実空間における位置と方向が求められる。なお、この処理を制御装置側で行ってもよい。

また、カメラ１１を例えばステレオカメラなど、距離情報を取得可能なカメラで構成することも有効である。

カメラ１１が撮影した画像は、白線認識、歩行者認識、ＬＫＡ（Lane Keeping Assist）、ＮＶ（ナイトビュー）などにも利用される。

制御装置１２は、専用線でＬＥＤドライバ１３、スイブルアクチュエータ１５、及び、レベリングアクチュエータ１６と接続されている。

制御装置１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＡＮコントローラ、及び、入出力インタフェース等を備えたマイコン又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＲＯＭにはプログラムが記憶されており、ＣＰＵがプログラムを実行することで、前方車両の位置情報に応じたＬＥＤ１４の消灯・点灯が制御される。

ＬＥＤドライバ１３には複数のＬＥＤ１４が接続されている。例えば、１０個のマスキング領域がある場合、ＬＥＤドライバ１３は１０個のチャネルを有し、それぞれのチャネルにＬＥＤ１４が接続されている。

制御装置１２はＬＥＤドライバ１３に対し、ＬＥＤ毎に点灯又は消灯を指示する。ＬＥＤドライバ１３は点灯と指示されたＬＥＤ１４についてバッテリと接続し、予め定められた輝度となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を制御してＬＥＤ１４に定電流を供給する。この時、温度に応じてデューティ比を補正する。また、ＬＥＤドライバ１３が消灯と指示されたＬＥＤ１４について、バッテリと切断する。

スイブルアクチュエータ１５及びレベリングアクチュエータ１６は、左右の前照灯のそれぞれに設けられている。スイブルアクチュエータ１５は、前照灯の反射鏡または前照灯のレンズを移動させて前照灯の光軸を外側に向けることで前照灯の照射方向を左右外側に広げることができるように構成されている。制御装置１２は、ステアリングの操舵角に応じてスイブルアクチュエータ１５を制御することで、車両の進行方向の領域を多く照明することができる。

レベリングアクチュエータ１６は、前照灯の反射鏡または前照灯のレンズを移動させ、ピッチング方向に光軸を移動させるアクチュエータである。ピッチング方向の傾きを検出し、この傾きに追従して、前照灯の光軸を所定の角度に保持するように構成されている。制御装置１２は、例えば、自動車の乗員や荷物の搭載状態により生じる車体のピッチング方向の傾きを傾きセンサ等により検出し、レベリングアクチュエータ１６を制御するので、車体が傾いても光軸をほぼ一定に保つことができる。

図５は、グルーピングについて詳細に説明する図の一例である。
カメラ１１は、１フレームの画像データに対し、テールランプ又はヘッドランプを特定する。そして、例えば画像データの下辺の中央からテールランプ又はヘッドランプまでを仮想的な線で結ぶ。そして、例えば、画像データの下辺の中央に最も近いテールランプ又はヘッドランプからグルーピングを開始する。
（１）最初にテールランプＸａが検出されたとする。
（２）カメラ１１は、テールランプＸａから水平方向に２度以内にあるテールランプ又はヘッドランプを探索し、あると１つのグループに関連づける。この角度は、画像データの下辺の中央とテールランプ又はヘッドランプを結ぶ仮想的な線がなす角度である。この角度の小さい範囲に存在する前方車両は、隣接したマスキング領域に存在する可能性が高いといえる。また、２度以内としたのは一例であり、隣接したマスキング領域に存在すると推定される角度であればよい。
（３）図の例ではテールランプＸａから左方向の２度以内にテールランプＸｃが、右方向の２度以内にテールランプＸｂが、検出される。このためテールランプＸａ〜Ｘｃが１つのグループにグルーピングされる。
（４）次に、グルーピングされたＸｂに対し、２度以内にあるテールランプＸ１を検出し、Ｘａ〜Ｘｃと同じグループにグルーピングする。すでに探索されたＸｂより手前を走行していても、画像データの下辺の中央とテールランプＸｂを結ぶ直線を基準に２度以内にあるテールランプは検出可能である。テールランプＸ１に対しては２度以内にあるテールランプは検出されない。
（５）次に、グルーピングされたＸｃに対し、２度以内にあるテールランプＸｄを検出し、Ｘa〜Ｘｃ、Ｘ１と同じグループにグルーピングする。
（６）次に、グルーピングされたＸｄに対し、２度以内にあるテールランプＸ２を検出し、Ｘa〜Ｘｄ、Ｘ１と同じグループにグルーピングする。テールランプＸ２に対しては２度以内のテールランプは検出されない。

以上により、Ｘa〜Ｘｄ、Ｘ１、及び、Ｘ２を１つのグループにグルーピングできた。カメラ１１は、1フレーム毎、又は、数フレームおきに同じ処理を行い、前方車両と自車両との相対的な位置の変化に対応する。

カメラ１１は、グルーピングされた複数の位置情報のうち、最右のテールランプＸ１の位置情報と最左のテールランプＸ２の位置情報を検出する処理を行う。このように、位置情報を求めるテールランプの数を２つに抑制できる。カメラ１１は、車載ＬＡＮ１８を介して、テールランプＸ１、Ｘ２の位置情報を制御装置１２に送信する。

制御装置１２は、テールランプＸ１〜Ｘ２の範囲は前方車両が存在するものとして、マスキング領域に決定する。制御装置１２は、ロービームの照明範囲Ｌを照明したまま、ハイビームの照明範囲Ｈを照明するＬＥＤ１４のうちマスキング領域を照明するＬＥＤのみを消灯する。したがって、前方車両が存在する領域は照明されず、グレアを与えることを防止できる。

また、この例では６個の位置情報を三分の一に低減できた。このため、前方車両にグレアを与えないように約５０ミリ秒以下の間隔で送信する必要がある場合でも、車載ＬＡＮ１８の通信量が大きくなりすぎることを防止できる。

なお、先行車両と対向車両とでは仮に、上記２度以内という条件を満たしても、別のグループにグルーピングすることが好適である。これは、対向車両は自車両との相対速度が大きいため、すぐにグルーピングが変化するのに対し、前方車両は比較的グルーピングが変化しにくいためである。先行車両と対向車両とでグループを変えることで、マスキング領域の消灯と点灯が頻繁に切り替わることを防止できる。また、画像データにおいて、対向車両が撮影されている領域のみに対し高頻度にグルーピング処理を行うことも可能となり、カメラ１１の処理負荷を低減できる。

また、カメラ１１が歩行者を検知する機能を有する場合、歩行者のみの位置情報をグルーピングすることも有効である。歩行者は例えば近赤外光を発する動体を、外接矩形の縦横比などで特定することができる。歩行者は路面に対する速度が小さいので、複数の歩行者をグルーピングすれば、比較的グルーピングが変化しにくい。このため、画像データにおいて、歩行者が撮影されている領域のグルーピング処理を低頻度に行うことが可能となり、カメラ１１の処理負荷を低減できる。

また、上記では、グルーピングの範囲を水平方向に２度以内としたが、マスキング領域の形状に合わせて、グルーピングすることも有効である。例えば、マスキング領域とピクセルの位置をマッピングしておき、隣接したマスキング領域に存在する複数の前方車両を１つのグループにグルーピングする。

以上説明したように、本実施形態の前照灯装置１００は、前方車両をグルーピングすることで、管理すべき位置情報の数を低減するので、前方車両の数が多くても、処理負荷及び通信量の増大を抑制できる。

１１カメラ
１２制御装置
１３ＬＥＤドライバ
１４ＬＥＤ
１５スイブルアクチュエータ
１６レベリングアクチュエータ
１００前照灯装置

Claims

前方車両の存在に応じて配光パターンを変化させることができる前照灯装置において、
複数の先行車両のうち右端及び左端の車両の位置のみを推定し、複数の対向車両のうち右端及び左端の車両の位置のみを推定する前方車両検出手段と、
右端の先行車両が存在する位置から左端の先行車両が存在する位置までの一連の第１の配光領域、及び、右端の対向車両が存在する位置から左端の対向車両が存在する位置までの前記第１の配光領域とは異なる一連の第２の配光領域を除き前方を照明する照明領域制御手段と、を有する前照灯装置。