JP6326932B2 - ピッチング角算出装置及び光軸調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピッチング角算出装置及び光軸調整装置に関する。

走行中の加減速や荷物の積載等のため、車両のピッチング角が変動すると、前照灯の光軸方向も変動してしまう。そこで、従来、ピッチング角を検出し、検出したピッチング角に応じて前照灯の光軸方向を調整する方法が用いられている。

ピッチング角を検出する方法として、車輪のサスペンション付近に取り付けられた車高センサからの情報に基づき、ピッチング角を検出する方法がある。しかしながら、この方法では、車高センサを使用することにより、コストアップ等の問題が生じる。

そこで、車高センサを用いないピッチング角の検出方法として、車両の進行方向における加速度と、車両の前後軸方向における加速度とをそれぞれ検出し、それらの値を所定の数式に当てはめてピッチング角を算出する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１２９２８４号公報

特許文献１記載の方法は、水平路面でのピッチング角しか、直接的に算出できない。路面が傾斜している場合は、予め、路面の傾斜角を記憶手段に記憶しておき、算出されたピッチング角からその傾斜角を減算もしくは加算する必要がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、上述した課題を解決できるピッチング角算出装置及び光軸調整装置を提供することを目的とする。

本発明のピッチング角算出装置は、車両における前後軸方向での加速度Ｇｘを取得する第１の加速度取得手段と、車両における上下軸方向での加速度Ｇｙを取得する第２の加速度取得手段と、車両の進行方向での加速度αを取得する第３の加速度取得手段と、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、及び加速度αを用いて、前後軸方向と、車両の進行方向とが成すピッチング角βを算出するピッチング角算出手段とを備える。

本発明のピッチング角算出装置は、路面が傾斜している場合でも、車両のピッチング角を容易に算出することができる。

ピッチング角算出装置１の構成を表すブロック図である。 加速度センサ３の構成と、その取付角度とを表す説明図である。 ピッチング角算出装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 加速度Ｇｘ、Ｇｙ、α、重力加速度ｇ、ピッチング角β、及び角度γの関係を表す説明図である。 車両の走行状態及び路面の条件と、角度γ、スタティック成分β_s、及び路面傾斜角δとの関係を表す表である。 ピッチング角β、ダイナミック成分β_d、及びスタティック成分β_sを表す説明図である。 スタティック成分β_s、角度ε、及び路面傾斜角δの関係を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．ピッチング角算出装置１の構成
ピッチング角算出装置１の構成を、図１、図２に基づき説明する。ピッチング角算出装置１は、車両に搭載されるＥＣＵである。ピッチング角算出装置１は、加速度センサ３と、ＲＡＭ４と、ＲＯＭ５と、ＣＰＵ６とを備える。ＲＯＭ５には、後述する処理を実行するためのプログラムが記憶されている。

ピッチング角算出装置１は、車両の車輪速を検出する車輪速センサ１０１の出力信号を取得することができる。また、ピッチング角算出装置１は、後述する処理により算出したピッチング角βに基づき、車両の右灯具１０３及び左灯具１０５の光軸方向を調整する。すなわち、ピッチング角算出装置１は、ピッチング角βが変化しても、光軸方向が規定された範囲内となるように、光軸方向を制御する。よって、ピッチング角算出装置１は、光軸調整装置として機能する。

加速度センサ３は、車両に対し一定の向きで固定されている。加速度センサ３は、図２に示すように、ｘ'方向の加速度Ｇｘ’と、ｙ’方向の加速度Ｇｙ'とをそれぞれ検出可能である。ｘ'方向は、車両の前後軸ｘ及び上下軸ｙを含む平面内にあり、前後軸ｘとの間に角度θ₀（既知の固定値）を成す。ここで、前後軸ｘとは、車両の後方から前方に向う方向であり、車両（特に右灯具１０３及び左灯具１０５が取り付けられた車体）に対し固定された方向である。また、上下軸ｙとは、車両の下方から上方に向う方向であり、車両（特に右灯具１０３及び左灯具１０５が取り付けられた車体）に対し固定された方向である。

また、ｙ'方向は、車両の前後軸ｘ及び上下軸ｙを含む平面内にあり、上下軸ｙとの間に角度θ₀を成す。ｘ'方向とｙ'方向とは直交している。
図２においてαは、車両の走行により生じる、車両の進行方向での加速度を表す。加速度αの方向は、車両が走行している路面と平行である。ピッチング角算出装置１が検出するピッチング角βは、前後軸ｘと加速度αの方向とが成す角度である。ここで、鉛直下方向（重力加速度ｇの方向）と、上下軸ｙとの角度をγとする。

なお、加速度センサ３は、第１の加速度取得手段及び第２の加速度取得手段の一例である。ＣＰＵ６は、第３の加速度取得手段、ピッチング角算出手段、第２の角度算出手段、特定時ピッチング角算出手段、及び光軸調整手段の一例である。加速度センサ３及びＣＰＵ６は、第１の角度算出手段、及び第３の角度算出手段の一例である。

２．ピッチング角算出装置１が実行する処理
ピッチング角算出装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図３〜図５に基づき説明する。

図３のステップ１では、加速度センサ３を用いて、ｘ'方向の加速度Ｇｘ’と、ｙ’方向の加速度Ｇｙ'とをそれぞれ検出する。
ステップ２では、車輪速センサ１０１から取得した信号に基づき、車両の車速を検出する。

ステップ３では、直前の前記ステップ２で検出した車速を、過去に検出した車速と比較し、車速変化量を検出する。
ステップ４では、車両が加減速中であるか否かを判断する。すなわち、前記ステップ３で検出した車速変化量の絶対値が所定の閾値を超えていれば、加減速中であると判断し、ステップ５に進む。一方、前記ステップ３で検出した車速変化量の絶対値が所定の閾値以下であれば、加減速中ではない（停車中又は一定速走行中である）と判断し、ステップ８に進む。

ステップ５では、以下のようにして、ピッチング角βを算出する。前後軸ｘ、上下軸ｙと、ｘ'方向、ｙ’方向とは上述した位置関係にあるから、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、加速度Ｇｘ’、加速度Ｇｙ'には、以下の式１、式２の関係が成立する。ここで、加速度Ｇｘとは、前後軸ｘ方向での加速度であり、加速度Ｇｙとは、上下軸ｙ方向での加速度である。

この式１、式２に、前記ステップ１で取得した加速度Ｇｘ’、加速度Ｇｙ'を代入すれば、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙを取得することができる。

次に、前記ステップ３で検出した車速変化量から、車両の進行方向での加速度αを算出する。加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、加速度α、及び重力加速度ｇの方向は、それぞれ、図４に示すものであるから、以下の式３、式４が成立する。

この式３、式４を、ピッチング角β、角度γについて解くと、式５、式６が得られる。

この式５に、上記のように取得した、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、及び加速度αを代入すると、ピッチング角βが算出できる。すなわち、ピッチング角βは、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、及び加速度αを用いて算出することができる。算出したピッチング角βはＲＡＭ４に記憶する。既にピッチング角βが記憶されていた場合は、上書きして記憶する。

ステップ６では、車両が走行している路面と、水平面とが成す角度（以下、路面傾斜角とする）δを、以下のように算出し、記憶する。
ピッチング角βと、角度γとは、それぞれ、式７、式８のように表すことができる。

式７、式８におけるβ_dは、ピッチング角βのダイナミック成分であって、ピッチング角βのうち、車両の加減速により、時間の経過とともに変動する成分である。また、式７、式８におけるβ_sは、ピッチング角βのスタティック成分であって、停車中又は一定速走行中の車両におけるピッチング角である。

よって、角度γからピッチング角βを差し引くことで、路面傾斜角δを算出することができる。なお、角度γは、上記式６に、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、及び加速度αを代入することで算出することができる。すなわち、角度γは、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙ、及び加速度αを用いて算出することができる。

算出した路面傾斜角δはＲＡＭ４に記憶する。既に路面傾斜角δが記憶されていた場合は、上書きして記憶する。
なお、角度γ、スタティック成分β_s、及び路面傾斜角δは、車両の走行状態（加減速中、一定速走行中、停車中）と、路面の条件（傾斜路、平坦路）とにより、図５のように変化する。図５において、Ｘ、Ｘ'Ｓ、Ｔ、Ｔ'、Ｔ"は、それぞれ、０以外になり得る値を意味する。また、ピッチング角β、ダイナミック成分β_d、及びスタティック成分β_sは、図６のように表すことができる。

ステップ７では、前記ステップ６、又は後述するステップ９、１０のいずれかで算出されたピッチング角βを用いて、右灯具１０３及び左灯具１０５の光軸方向を調整する。
一方、前記ステップ４で否定判断された場合はステップ８に進み、前記ステップ２で検出した車速に基づき、車両が停車中であるか否かを判断する。停車中である場合はステップ９に進み、停車中ではない（すなわち一定速走行中である）場合はステップ１０に進む。

ステップ９では、停車中におけるピッチング角βを以下のように算出する。まず、前後軸ｘ方向と、水平面とが成す角度εを算出する。角度εと、加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙとの間には、式９の関係が成立するので、この式９に、前記ステップ５と同様の方法で算出した加速度Ｇｘ、加速度Ｇｙを代入すれば、角度εを算出できる。

停車中、又は一定速走行中において、スタティック成分β_s、角度ε、及び路面傾斜角δは、図７のように図示することができ、それらの間には、式１０の関係が成立する。

この式１０に、上記のように算出した角度εと、前記ステップ６において記憶しておいた、最新の路面傾斜角δを代入すれば、スタティック成分β_sを算出できる。停車中は、ダイナミック成分β_dは０になるので、スタティック成分β_sがピッチング角βと等しくなる。よって、上記のように算出したスタティックβ_sが、停車中におけるピッチング角βとなる。算出したピッチング角βはＲＡＭ４に記憶する。既にピッチング角βが記憶されていた場合は、上書きして記憶する。ステップ９の終了後、ステップ７に進む。ステップ７では、前記ステップ９で算出したピッチング角βを用いて、右灯具１０３及び左灯具１０５の光軸方向を調整する。

前記ステップ８で否定判断した場合はステップ１０に進む。ステップ１０では、前記ステップ５においてＲＡＭ４に記憶された、最新のピッチング角βを読み出す。前記ステップ１０の終了後、ステップ７に進む。ステップ７では、前記ステップ１０で読み出したピッチング角βを用いて、右灯具１０３及び左灯具１０５の光軸方向を調整する。

３．ピッチング角算出装置１が奏する効果
（１）ピッチング角算出装置１は、路面が傾斜している場合でも、容易にピッチング角βを算出することができる。

（２）ピッチング角算出装置１は、停車中においてもピッチング角βを算出することができる。例えば、停車の直前の減速時に、前記ステップ５、６の処理を実行して路面傾斜角δを算出及び記憶しておき、その後の停車中に、前記ステップ９の処理を実行し、記憶しておいた路面傾斜角δに基づき、ピッチング角β（スタティック成分β_S）を算出することができる。

（３）ピッチング角算出装置１によれば、車高センサを用いなくても、ピッチング角βを算出できる。
＜その他の実施形態＞
（１）ピッチング角算出装置１は、加速度αとダイナミック成分β_dとの関係を規定する関数に加速度αを代入し、ダイナミック成分β_dを算出することができる。その関数としては、例えば、式１１で表されるものが挙げられる。式１１において、Ｋは定数である。

ピッチング角算出装置１は、上記式７に、ピッチング角βと、式１１を用いて算出したダイナミック成分β_dとを代入することで、スタティック成分β_sを算出することができる。

ピッチング角算出装置１は、加減速のたびに、上記のようにしてスタティック成分β_sを繰り返し算出し、ＲＡＭ４に記憶しておくことができる。そして、停車中又は一定速走行中に、記憶しておいたスタティック成分β_s（すなわち停車中又は一定速走行中におけるピッチング角β）を、光軸制御のために使用することができる。

（２）ピッチング角算出装置１は、加速度αを他の方法で算出してもよい。例えば、車両の進行方向における加速度を測定可能な加速度センサにより、加速度αを測定してもよい。また、車両の位置情報を継続的に取得し、その位置の変化から加速度αを算出してもよい。

（３）角度θ₀は０度であってもよいし、０より大きい値であってもよい。
（４）ｘ'方向とｙ'方向とは直交しておらず、鋭角又は鈍角を成していてもよい。
（５）ピッチング角算出装置１は、加速度Ｇｘ'検出用の加速度センサと、加速度Ｇｙ'検出用の加速度センサとをそれぞれ備えていてもよい。

（６）加速度センサ３は、ピッチング角算出装置１の外部に設けられており、検出信号をピッチング角算出装置１に出力するものであってもよい。

１…ピッチング角算出装置、３…加速度センサ、４…ＲＡＭ、５…ＲＯＭ、６…ＣＰＵ、１０１…車輪速センサ、１０３…右灯具、１０５…左灯具

Claims (6)

1. 車両における前後軸（ｘ）方向での加速度Ｇｘを取得する第１の加速度取得手段（３）と、
   車両における上下軸（ｙ）方向での加速度Ｇｙを取得する第２の加速度取得手段（３）と、
   車両の進行方向での加速度αを取得する第３の加速度取得手段（６）と、
   前記加速度Ｇｘ、前記加速度Ｇｙ、及び前記加速度αを用いて、前記前後軸方向と、前記車両の進行方向とが成すピッチング角βを算出するピッチング角算出手段（６）と、
   前記加速度Ｇｘ、前記加速度Ｇｙ、及び前記加速度αを用いて、前記上下軸方向と、鉛直方向とが成す角度γを算出する第１の角度算出手段（３、６）と、
   前記ピッチング角β、及び前記角度γを用いて、路面傾斜角δを算出する第２の角度算出手段（６）と、
   前記加速度Ｇｘ、及び前記加速度Ｇｙを用いて、前記前後軸方向と、水平面とが成す角度εを算出する第３の角度算出手段（３、６）と、
   前記路面傾斜角δ、及び前記角度εを用いて、車両の停車中又は一定速走行中における前記ピッチング角βであるスタティック成分β_Sを算出する特定時ピッチング角算出手段（６）と、
   前記ピッチング角βのうち、車両の加減速により、時間の経過とともに変動する成分であるダイナミック成分β _ｄ を算出するダイナミック成分算出手段と、
   前記ピッチング角βから前記ダイナミック成分β _ｄ を差し引くことで前記スタティック成分β _S を算出するスタティック成分算出手段と、
   を備えることを特徴とするピッチング角算出装置（１）。
2. 車両における前後軸（ｘ）方向での加速度Ｇｘを取得する第１の加速度取得手段（３）と、
   車両における上下軸（ｙ）方向での加速度Ｇｙを取得する第２の加速度取得手段（３）と、
   車両の進行方向での加速度αを取得する第３の加速度取得手段（６）と、
   前記加速度Ｇｘ、前記加速度Ｇｙ、及び前記加速度αを用いて、前記前後軸方向と、前記車両の進行方向とが成すピッチング角βを算出するピッチング角算出手段（６）と、
   前記ピッチング角βのうち、車両の加減速により、時間の経過とともに変動する成分であるダイナミック成分β _ｄ を算出するダイナミック成分算出手段と、
   前記ピッチング角βから前記ダイナミック成分β _ｄ を差し引くことで、車両の停車中又は一定速走行中における前記ピッチング角βであるスタティック成分β _S を算出するスタティック成分算出手段と、
   を備えることを特徴とするピッチング角算出装置（１）。
3. 車両の減速時に、前記第１の角度算出手段及び前記第２の角度算出手段を用いて前記路面傾斜角δを算出及び記憶し、
   前記減速の後の停車中に、前記角度ε、及び前記減速時に記憶しておいた前記路面傾斜角δに基づき、前記特定時ピッチング角算出手段を用いて、前記スタティック成分β_Sを算出することを特徴とする請求項１に記載のピッチング角算出装置。
4. 前記ダイナミック成分算出手段は、前記加速度αと前記ダイナミック成分β_ｄとの関係を規定する関数に、前記加速度αを入力することで、前記ダイナミック成分β_ｄを算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のピッチング角算出装置。
5. 前記ピッチング角βに基づき、車両における前照灯の光軸方向を調整する光軸調整手段（６）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のピッチング角算出装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のピッチング角算出装置と、
   前記ピッチング角算出装置で算出した前記ピッチング角βに基づき、車両における前照灯の光軸方向を調整する光軸調整手段（６）と、
   を備えることを特徴とする光軸調整装置（１）。

Images