JP6927442B2 - 乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置 - Google Patents

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Description

本開示は、乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置に関する。
従来、車両の乗員の姿勢を制御する装置として、車両のシートを傾動させて乗員の姿勢をフラットに保つようにしたアクティブコントロールシートが知られている(例えば、特許文献1参照)。この従来技術では、シートを左右に傾動させるモータを備え、車両が受けるであろう横加速度を演算し、この横加速度の大きさ及び発生速度に応じ、横加速度とは反対方向にシートを傾動させるようにしている。
特開平8−216747号公報
特許文献1で開示された技術のように、車両の横加速度に応じて乗員の姿勢を安定させることができる姿勢となるようにシートを傾動させる場合、必要な傾動量が大きく、横加速度に応じた角度にシートを傾動させるのに時間を要する。
このため、乗り物酔いを誘発するような車両挙動の変化に追従して最適位置までシートを傾動させるのが間に合わず、その結果、車両挙動による受動的な姿勢変化が生じて乗員を車両運動に応じた適切な姿勢として安定させることができないおそれがあった。そして、乗員を車両運動に応じた姿勢とできない場合、乗り物酔いを招くおそれがあった。
本開示は、上記問題に着目してなされたもので、乗員の車両運動に応じた姿勢として乗り物酔いを抑制可能な乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置を提供することを目的とする。
本開示の乗員姿勢制御方法は、車両運動に関連する情報に基づいて車両運動を予測し、予測した車両運動が生じる際に、乗員が車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激を、アクチュエータにより与える方法とした。
また、本開示の乗員姿勢制御装置は、車両運動に関連する情報に基づいて、乗員に筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータを制御するコントローラを備える。そして、コントローラは、車両運動を予測する車両運動予測部と、予測した車両運動が生じる際に、乗員が前記車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激をアクチュエータにより与える刺激付与制御部と、を有する。
本開示の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置は、アクチュエータにより乗員に刺激を与えて筋緊張を発生させて車両運動に応じた姿勢とするため、シートの座面の傾動により乗員の姿勢を安定させるのと比較して、短時間に乗員を所望の姿勢にすることができる。よって、乗員は、車両運動に対し適切なタイミングで適切な姿勢となり乗り物酔いの発生を抑制できる。
実施の形態1の乗員姿勢制御方法を実行する自動運転制御システムAを示す全体システム図である。 前記自動運転制御システムAの乗員姿勢制御部40において横加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素を示すブロック図である。 前記乗員姿勢制御部40において減速加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素を示すブロック図である。 前記横加速度揺り返し姿勢制御の流れを示すフローチャートである。 前記減速加速度揺り返し姿勢制御の流れを示すフローチャートである。 カーブ走行時に横加速度揺り返し姿勢制御を実行した際の、自車MVSの車両運動と乗員Paの姿勢変化と座面61aの変化(刺激の付与状態)とを示すタイムチャートである。 減速走行時に減速加速度揺り返し姿勢制御を実行した際の、自車MVSの車両運動と乗員Paの姿勢変化と座面61aの変化(刺激の付与状態)とを示すタイムチャートである。 車線変更時に実施の形態2により横加速度揺り返し処理を実行した際の、自車MVSの車両運動と、操舵状態と、乗員Paの姿勢変化と、刺激の付与状態とを示すタイムチャートである。 実施の形態2における筋刺激の付与の説明図である。 実施の形態2における車線変更時の横加速度揺り返し処理の流れを示すフローチャートである。 減速走行時に実施の形態2により減速開始時姿勢制御を実行した際の、自車MVSの車両運動と、制動状態と、乗員Paの姿勢変化と、刺激の付与状態とを示すタイムチャートである。 実施の形態3における刺激付与の説明図である。 実施の形態3における刺激付与による筋緊張の説明図である。 実施の形態3における刺激付与の説明図である。 実施の形態3における刺激付与による筋緊張の説明図である。 実施の形態3における刺激付与による姿勢変化の説明図である。 実施の形態4におけるアクチュエータ400の説明図である。 実施の形態4におけるアクチュエータ400による刺激付与時の説明図である。 実施の形態4における刺激付与による筋緊張の説明図である。 実施の形態5におけるアクチュエータ500の説明図である。 実施の形態5におけるアクチュエータ500による刺激付与時の説明図である。 実施の形態5における刺激付与による筋緊張の説明図である。
以下、本開示による乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
まず、実施の形態1の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置について説明する。
実施の形態1における乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置は、自動運転モードを選択すると、生成された目標走行経路に沿って走行するように駆動や制動や舵角を自動制御する自動運転車両に適用したものである。
図1は実施の形態1の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置が適用された自動運転制御システムAを示す。以下、図1に基づいて全体システムについて説明する。
自動運転制御システムAは、車載センサ1と、地図データ記憶部2と、自動運転制御ユニット4と、制御アクチュエータ5と、表示デバイス6と、入力デバイス7と、を備える。そして、自動運転制御システムAに、乗員姿勢制御方法を実行する乗員姿勢制御ユニットBが組み込まれている。この乗員姿勢制御ユニットBは、自動運転制御ユニット4と入力情報を共用し、かつ、自動運転制御ユニット4の制御情報を利用して乗員Pa(図6参照)の姿勢制御を実行する。
車載センサ1は、カメラ11と、レーダー12と、GPS13と、車載データ通信器14と、を有する。また、車載センサ1により取得したセンサ情報は、自動運転制御ユニット4へ出力される。なお、車載センサ1は、上述のカメラ11、レーダー12等以外にも自車MVS(図6参照)の車両運動に関するセンサ情報を出力するセンサを含むもので、これらのセンサについては後述する。なお、車両運動とは、車両の時間経過による変位を言い、具体的には、車両の加減速や旋回、それに伴う車両の姿勢変化等を指す。
カメラ11は、自動運転で求められる機能として、車線や先行車や歩行者等の自車MVSの周囲情報を画像データにより取得する機能を実現する周囲認識センサである。このカメラ11は、例えば、自車MVSの前方認識カメラ、後方認識カメラ、右方認識カメラ、左方認識カメラ等を組み合わせることにより構成される。なお、自車MVSは自動運転制御システムAを搭載した車両であり、制御対象の車両を指す。
カメラ画像から、自車走行路上物体・車線・自車走行路外物体(道路構造物、先行車、後続車、対向車、周囲車両、歩行者、自転車、二輪車)・自車走行路(道路白線、道路境界、停止線、横断歩道・道路標識(制限速度))等を検知できる。
レーダー12は、自動運転で求められる機能として、自車周囲の物体の存在を検知する機能と、自車周囲の物体までの距離を検知する機能とを実現する測距センサである。ここで、「レーダー12」とは、電波を用いたレーダーと、光を用いたライダーと、超音波を用いたソナーと、を含む総称を言う。レーダー12としては、例えば、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波レーダー、レーザーレンジファインダー等を用いることができる。このレーダー12は、例えば、自車MVSの前方レーダー、後方レーダー、右方レーダー、左方レーダー等を組み合わせることにより構成される。
レーダー12では、自車走行路上物体・自車走行路外物体(道路構造物、先行車、後続車、対向車、周囲車両、歩行者、自転車、二輪車)等の位置が検知されると共に、各物体までの距離が検知される。なお、視野角が不足すれば、適宜追加してもよい。
GPS13は、GNSSアンテナ13aを有し、衛星通信を利用することで停車中及び走行中の自車位置(緯度・経度)を検知する自車位置センサである。なお、「GNSS」は「Global Navigation Satellite System:全地球航法衛星システム」の略称であり、「GPS」は「Global Positioning System:グローバル・ポジショニング・システム」の略称である。
車載データ通信器14は、外部データ通信器10との間で送受信アンテナ3a,14aを介して無線通信を行うことで、自車MVSで取得することができない情報を外部から取得する外部データセンサである。
外部データ通信器10は、例えば、自車MVSの周辺を走行する他車に搭載されたデータ通信器の場合、自車MVSと他車の間で車車間通信を行う。この車車間通信により、他車が保有する様々な情報のうち、自車MVS(図6等参照)で必要な情報を車載データ通信器14からのリクエストにより取得することができる。
外部データ通信器10は、例えば、インフラストラクチャ設備に設けられたデータ通信器の場合、自車MVSとインフラストラクチャ設備の間でインフラ通信を行う。このインフラ通信により、インフラストラクチャ設備が保有する様々な情報のうち、自車MVSで必要な情報を車載データ通信器14からのリクエストにより取得することができる。例えば、地図データ記憶部2に保存されている地図データでは不足する情報や地図データから変更された情報がある場合、不足情報や変更情報を補うことができる。また、自車MVSが走行を予定している目標走行経路上での渋滞情報や走行規制情報等の交通情報を取得することもできる。
地図データ記憶部2は、緯度経度と地図情報が対応付けられた、いわゆる電子地図データが格納された車載メモリにより構成される。地図データ記憶部2に格納された地図データは、少なくとも複数車線を有する道路で各車線の認識ができるレベルの精度を持つ、高精度地図データである。この高精度地図データを用いることにより、自動運転において複数車線の中で自車MVSがどの車線を走るか、車線を特定した目標走行経路を生成することができる。そして、GPS13にて検知される自車位置を自車位置情報として認識すると、自車位置を中心とする高精度地図データが自動運転制御ユニット4へと送られる。
高精度地図データには、各地点に対応付けられた道路情報を有し、道路情報は、ノードと、ノード間を接続するリンクにより定義される。道路情報は、道路の位置及び領域により道路を特定する情報と、道路ごとの道路種別、道路ごとの車線幅、道路の形状情報とを含む。道路情報は、各道路リンクの識別情報ごとに、交差点の位置、交差点の進入方向、交差点の種別その他の交差点に関する情報を対応付けて記憶されている。道路情報は、各道路リンクの識別情報ごとに、道路種別、車線幅、道路形状、直進の可否、進行の優先関係、追い越しの可否(隣接レーン進入の可否)、制限速度、標識、その他の道路に関する情報を対応付けて記憶されている。
自動運転制御ユニット4は、車載センサ1や地図データ記憶部2からの入力情報を統合処理し、目標走行経路と目標車速プロファイル(加速プロファイルや減速プロファイルを含む。)等を生成する機能を有する。すなわち、現在地から目的地までの走行車線レベルによる目標走行経路を、地図データ記憶部2からの高精度地図データや所定の経路検索手法等に基づいて生成すると共に、目標走行経路に沿った目標車速プロファイル等を生成する。さらに、目標走行経路に沿う自車MVSの停車中及び走行中、車載センサ1によるセンシング結果により自動運転を維持できないと判断されると、目標走行経路や目標車速プロファイル等を逐次修正する。
自動運転制御ユニット4は、目標走行経路が生成されると、自車MVSが目標走行経路に沿って走行するように駆動指令値、制動指令値、舵角指令値を演算し、演算した指令値を制御アクチュエータ5に出力する。具体的には、駆動指令値の演算結果を駆動アクチュエータ51へ出力し、制動指令値の演算結果を制動アクチュエータ52へ出力し、舵角指令値の演算結果を舵角アクチュエータ53へ出力する。
制御アクチュエータ5は、自車MVSを目標走行経路に沿って走行及び停止させるアクチュエータであり、駆動アクチュエータ51と、制動アクチュエータ52と、舵角アクチュエータ53と、を有する。
駆動アクチュエータ51は、自動運転制御ユニット4から駆動指令値を入力し、駆動輪へ出力する駆動力を制御する駆動アクチュエータである。駆動アクチュエータ51としては、例えば、エンジン車の場合にエンジンを用い、ハイブリッド車の場合にエンジンとモータジェネレータ(力行)を用い、電気自動車の場合にモータジェネレータ(力行)を用いる。
制動アクチュエータ52は、自動運転制御ユニット4から制動指令値を入力し、駆動輪へ出力する制動力を制御する制動アクチュエータである。制動アクチュエータ52としては、例えば、油圧ブースタや電動ブースタやブレーキ液圧アクチュエータやブレーキモータアクチュエータやモータジェネレータ(回生)等を用いる。
舵角アクチュエータ53は、自動運転制御ユニット4から舵角指令値を入力し、操舵輪の転舵角を制御する舵角アクチュエータである。なお、舵角アクチュエータ53としては、ステアリングシステムの操舵力伝達系に設けられる転舵モータ等を用いる。
表示デバイス6は、自動運転による停車中及び走行中に、自車MVSが地図上で何処を移動しているか等を画面表示し、運転手や同乗者等の乗員Pa(図6参照)に自車位置視覚情報を提供するデバイスである。この表示デバイス6は、自動運転制御ユニット4により生成された目標走行経路情報や自車位置情報や目的地情報等を入力し、表示画面に、地図と道路と目標走行経路(自車MVSの走行経路)と自車位置と目的地等を視認しやすく表示する。
入力デバイス7は、運転手の操作により種々の入力を行うデバイスであり、例えば、表示デバイス6のタッチパネル機能を用いてもよいし、他のダイヤルやスイッチ等を用いてもよい。なお、運転手による入力としては、目的地に関する情報の入力や、自動運転時の定速走行、追従走行等の設定の入力等を行う。
自車MVSには、さらに、乗員Paが自車MVSの車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激を与える乗員姿勢制御ユニットBを有する。この乗員姿勢制御ユニットBは、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとしての座席を駆動するアクチュエータ100と、このアクチュエータ100の作動を制御する乗員姿勢制御部40と、を備える。本実施の形態1では、この乗員姿勢制御部40は、乗員Paが、自車MVSの旋回走行時の揺り返しに応じた姿勢となるようにする横加速度揺り返し姿勢制御と、減速走行時の揺り返しに応じた姿勢となるようにする減速加速度揺り返し姿勢制御と、を実行する。
ここで、旋回走行時の揺り返しとは、図6に示すように、自車MVSがカーブCuを走行する際に、一旦、旋回外側に揺れた乗員Paの上半身UB及び頭部Heが、カーブ出口Cout付近で旋回内側に揺り返される動きである。
また、減速走行時の揺り返しとは、自車MVSの制動時に発生した車両前方への減速加速度により、車両前方に揺れていた乗員Paの上半身UB及び頭部Heが、停車や制動解除に伴う減速加速度の低下により、車両後方に揺れ戻される動きである。
次に、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータついて説明する。
乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータは、例えば、図6に示すシート60のシートクッション61を、車両左右方向に傾けたり、図7に示すように、車両前後方向に傾けたりすることが可能に車体に支持されており、座席を駆動するアクチュエータ100であってもよい。なお、座席を駆動するアクチュエータ100によりシートクッション61を傾けるシート60は、図6、図7では、運転席を示しているが、運転席以外のシートも含まれる。また、シート60が運転席以外の場合、乗員Paの着座を検出した場合に、座席を駆動するアクチュエータ100の駆動を許可するのが好ましい。
また、このような座席を駆動するアクチュエータ100としては、特許文献1に開示されたような電動モータを用いてもよいし、流体圧の給排により伸縮する伸縮部を備えるものを用いてもよい。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータは、例えば、図8に示すように、シート60に設け、乗員Paの左右の脚LEに、筋刺激を与える筋刺激アクチュエータ200であってもよい。この筋刺激アクチュエータ200は、乗員Paの左右の脚LEに、それぞれ独立して姿勢維持を付与する筋緊張を発生させる刺激を与えるもので、例えば、脚LEに電気刺激を与えるものを用いることができる。筋刺激アクチュエータ200を用いて、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与える方法は、実施の形態2にて、詳述する。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータは、例えば、図12Aに示すように、乗員Paの足裏を載せる踏面311を上面に有した移動プレート310を備え、移動プレート310を車両前後方向に移動させたり、略水平の状態と後方傾斜状態とに変位させたりすることで、乗員Paの足裏を移動させる足裏移動アクチュエータ300であってもよい。乗員Paの足裏が移動することで、乗員Paの脚LEに筋緊張が生じる。足裏移動アクチュエータ300を用いて、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与える方法は、実施の形態3にて、詳述する。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータは、例えば、図15A、図15Bに示すアーム401とアームアクチュエータ402とを備え、アーム401を前方に移動させ、下肢ULを前方に移動させるアクチュエータ400であってもよい。下肢ULが前方に移動することで、脚LEに筋緊張が生じる。アクチュエータ400を用いて、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与える方法は、実施の形態4にて、詳述する。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータは、例えば、図16A、図16Bに示すように、シートクッション61に設けられた、アーム510とアームアクチュエータ520とを備えたアクチュエータ500であってもよい。このアクチュエータ500は、アーム本体511を前方に移動させ、上側動作部512と下側動作部513とを、下腿三頭筋LLtの位置で下肢ULに接触させる。さらに、上側動作部512と下側動作部513とを、相互に上下に離れるようにアーム本体511に対して回動させる。これにより、乗員Paは、下腿三頭筋LLtが伸ばされる刺激を受け、その反射による筋緊張が生じる。アクチュエータ500を用いて、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与える方法は、実施の形態5にて、詳述する。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、乗員Paの上半身UBにおいて、運動方向(加速度が作用する方向)と同じ方向の体側(例えば、脇腹や背中)を突くような刺激を与えるものを用いてもよい。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータによる姿勢変化を付与可能な刺激として、温冷感刺激を用いることができる。例えば、流体を含む冷たい物体や、流体を含む熱い物体を乗員Paに接触させることで、これらの物体から遠ざかるような反射による筋緊張により姿勢変化を付与することができる。
また、温冷感刺激、光刺激、音響刺激の他に、味覚刺激を用いることもできる。例えば、酸っぱいと感じる刺激を受けると、首の筋が収縮することが分かっている。
また、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、乗員Paに直接接触することなく、音や光をアクチュエータで発生させて刺激を与えるものを用いてもよい。例えば、音の刺激としては、音場の位置変化や音圧の変化、リズムなどをアクチュエータで発生させて刺激を与えるものを用いることができる。
次に、乗員姿勢制御部40について説明する。
図2は、乗員姿勢制御部40において、横加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素を示すブロック図である。
乗員姿勢制御部40は、自車位置検出部410、カーブ検出部411、カーブ出口検出部412、切込操舵検出部413、戻し操舵検出部414、横加速度揺り返し推定部415、旋回内側座面上昇制御部416、旋回内側座面下降制御部417を有する。なお、車載センサ1に含まれるセンサとして、操舵角(転舵角を含む)を検出する舵角センサ15、自車MVSに作用する車両前後方向及び左右方向の加速度を検出する加速度センサ16、自車MVSの車速を検出する車速センサ17を備える。
図3は、乗員姿勢制御部40において、減速加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素を示すブロック図である。
図3に示すように、乗員姿勢制御部40は、自車位置検出部410、停止候補箇所検出部421、減速状態検出部422、減速加速度揺り返し推定部423、座面後部上昇制御部424、座面後部下降制御部425を有する。なお、車載センサ1に含まれるセンサとして、ブレーキ装置の制動操作により投入されるブレーキスイッチ18、ブレーキ装置の油圧を検出するブレーキ油圧センサ19を備える。
次に、乗員姿勢制御部40による横加速度揺り返し姿勢制御の処理の流れを、図4のフローチャートに基づいて説明し、併せて、図2のブロック図に示す横加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素について説明する。
ステップS101では、自車MVSのイグニッションスイッチがオンとなっているか判定し、オンの場合、次のステップS102に進み、オフの場合、ステップS101を繰り返す。なお、イグニッションスイッチは、始動時にオン操作するスイッチである。
ステップS102では、自車MVSが走行する道路Roの前方の道路情報を読み込み、次のステップS103では、自車MVSの所定距離の前方にカーブCuが存在するか否か判定する。そして、自車MVSの所定距離の前方の道路にカーブCuが存在する場合(肯定)は、次のステップS104に進み、カーブCuが存在しない場合(否定)は、ステップS102に戻る。このステップS102及びS103の処理は、図2に示す自車位置検出部410及びカーブ検出部411において、車載センサ1から得られるGPS情報、自車MVSの周囲情報、さらに、地図データ記憶部2から得られる地図情報に基づいて実行する。
自車MVSの前方にカーブCuが存在すると判定した場合に進むステップS104では、舵角センサ15の信号から操舵状態を監視する。すなわち、操舵角や自車MVSが進行する方角を監視する。
続く、ステップS105では、カーブCuに応じて操舵を開始したか(切込操舵を行ったか)否かを判定する。そして、操舵を開始した場合は、ステップS106に進み、操舵を開始しない場合は、ステップS104に戻る。なお、ステップS104、S105の処理は、図2に示す切込操舵検出部413により行う。手動運転の場合には、実際のステアリングSTRの操舵角により判定することができる。また、本実施の形態1では、自動運転制御システムAに適用しているため、自動運転時には、操舵開始は、実際のステアリングSTRの操舵角ではなく、転舵輪の転舵角や目標とする目標操舵角などにより判定することができる。
さらに、操舵開始時に進むステップS106では、座席を駆動するアクチュエータ100に対し姿勢制御の準備処理としてシートクッション61の座面61a(図6、図7参照)の旋回内側(カーブCuの内側)を徐々に上昇(図6の矢印Fup参照)させる制御を行う。また、この座面61aの旋回内側の上昇は、図2に示す旋回内側座面上昇制御部416が実行する。なお、この座面61aの旋回内側の上昇は、自車MVSがカーブ出口Coutに近付いて戻し操舵を開始した時点までに、所望の上昇量が得られるように行う。ここで、カーブCuにおいて操舵開始から戻し操舵の開始までは、通常、1〜数秒を要し、また、必要な上昇量は、数mm〜1、2cm程度であり、かつ、乗員Paに刺激を与えないように座面61aの上昇は徐々に行う。
座面61aの上昇開始後に進むステップS107では、ステアリングSTRの操舵方向が反転したか否か判定し、操舵方向が反転した場合は次のステップS108に進み、反転しない場合は、ステップS106に戻る。なお、戻し操舵の開始の検出は、図2に示す戻し操舵検出部414において舵角センサ15の検出に基づいて行う。
操舵方向が反転した場合に進むステップS108では、旋回内側座面上昇制御部416による座面61aの上昇を終了する。そして、次のステップS109では、舵角センサ15、加速度センサ16、車速センサ17等の出力を読み込み、これらの情報に基づいてステップS110では、筋緊張を与える刺激の出力タイミングか否かを判定する。この筋緊張を与える刺激の出力タイミングの判定は、図2に示す横加速度揺り返し推定部415における横加速度揺り返しの推定により行う。この横加速度揺り返し推定部415は、カーブ出口検出部412のカーブ出口Coutの検出、舵角センサ15に基づく戻し操舵検出部414の戻し操舵の検出及び自車MVSの車速、加速度に基づいて操舵角が中立位置に戻る直前のタイミングを求める。なお、中立位置とは、直進走行状態の操舵角をいう。
また、この筋緊張を与える刺激の出力タイミングは、要は、乗員Paに対して揺り返しの横加速度が作用する直前を検出するものであり、そのタイミングは、操舵角速度、横加速度、車速やサスペンションやシート60のバネ特性などに依存する。このため、実車による実験やシミュレーションなどに基づいて、上記の操舵角速度、車速、横加速度等に応じたマップや演算式を用いてこのタイミングを求める。
そして、ステップS110において姿勢制御の開始タイミングと判定した場合は、ステップS111に進んで、上昇した座面61aを、一気に元の位置に急下降させるようアクチュエータ100を作動させる制御を行う。なお、この座面61aの下降は、旋回内側座面下降制御部417により実行する。
ステップS111により座面61aを急下降させた後に進むステップS112では、ステアリングSTR(操舵角)が中立位置に戻ったか否か判定し、中立位置に戻った場合は、ステップS113に進み、中立位置に戻るまでステップS112の判定を繰り返す。そして、ステップS113では、イグニッションスイッチがオフになったか否か判定し、オフであれば、制御を終了し、オフでない場合は、ステップS102に戻る。
次に、乗員姿勢制御部40による減速加速度揺り返し姿勢制御の処理の流れを、図5のフローチャートに基づいて説明し、併せて、図3のブロック図に示す減速加速度揺り返し姿勢制御を実行する要素について説明する。なお、この減速加速度揺り返し姿勢制御は、上述の横加速度揺り返し姿勢制御と並列で実行する。
ステップS121では、自車MVSのイグニッションスイッチがオンとなっているか判定し、オンの場合、次のステップS122に進み、オフの場合、ステップS121を繰り返す。
ステップS122では、自車MVSの前方の道路情報を読み込み、次のステップS123では、自車MVSの前方に、自車MVSが停止する可能性がある停止候補箇所の有無を判定する。本実施の形態1では、停止候補箇所として、交差点、一時停止箇所を含む。ここで、停止候補箇所は、停止の可能性が有る場所であり、例えば、交差点では、信号の種別によっては停止せずに通過する可能性がある。また、この停止候補箇所としては、停止箇所以外にも、有料道路の料金所など、有る程度の減速加速度で減速を行う箇所を含むようにしてもよい。要は、減速走行に伴う揺り返しが発生する箇所の判定ができればよい。
そして、走行中の道路Roにおいて、自車MVSの前方に停止候補箇所が存在する場合は、次のステップS124に進み、停止候補箇所が存在しない場合は、ステップS122に戻る。このステップS122及びS123の処理は、図3に示す自車位置検出部410及び停止候補箇所検出部421において、車載センサ1から得られるGPS情報、自車MVSの周囲情報、さらに、地図データ記憶部2から得られる地図情報に基づいて実行する。
自車MVSの前方に停止候補箇所が存在すると判定した場合に進むステップS124では、ブレーキスイッチ18及びブレーキ油圧センサ19の信号を読み込んで制動状態を監視する。この自車MVSの前方とは、制動を開始する箇所の手前であって、制動を開始する箇所から時間的に近い位置とする。なお、自車MVSが回生制動を行う車両である場合は、目標回生制動指令も監視する。続く、ステップS125では、予め設定した減速度閾値以上の減速加速度が発生する制動制御を含む制動操作が行われたか否かを判定する。
そして、減速度閾値以上の減速加速度が発生する制動操作が行われた場合は、ステップS126に進み、減速度閾値以上の減速加速度が発生する制動操作が行われない場合は、ステップS124に戻る。
なお、減速度閾値は、乗員Paに車両前後方向の揺り返しが生じる可能性が有る減速度として設定した値である。また、乗員Paに作用する車両前後方向の揺り返しは、減速度だけではなく、車体の剛性、サスペンションの弾性、シートクッション61の弾性、硬さなどの種々の車両特性が影響するため、減速度閾値は、予め実験やシミュレーションに基づいて最適値を設定する。また、ステップS124、S125では、加速度センサ16により車両前後加速度を検出し、検出した減速加速度あるいは減速加速度の予測値が減速度閾値以上か否かを判定するようにしてもよい。
減速度閾値以上の減速加速度が発生する制動操舵が行われた場合に進むステップS126では、姿勢制御の準備処理として、シートクッション61の座面61aの後部を徐々に上昇させるようアクチュエータ100を制御する処理を行う。この上昇動作は、座面後部上昇制御部424により、制動開始から、減速加速度揺り返しが生じる直前までの間に行うもので、また、その上昇量は、ステップS106と同様に、数mm〜1、2cm程度である。
座面61aの上昇開始後に進むステップS127では、ブレーキスイッチ18、ブレーキ油圧センサ19、加速度センサ16、車速センサ17の出力を読み込み制動状態を監視し、ステップS128に進む。
ステップS128では、自車MVSが停止もしくは減速解除の直前であるか否か判定し、停止もしくは減速解除の直前で、ステップS129に進み、停止、減速解除のいずれの直前でも無い場合は、ステップS127に戻る。なお、この停止もしくは減速解除の直前の判定は、減速加速度揺り返し推定部423により行うもので、要するにステップS128では、減速により前方に移動した頭部He及び上半身UBが、車両後方に揺り返される直前のタイミングの判定を行う。
自車MVSの停止もしくは減速解除の場合に進むステップS129では、上昇させた座面61aの後部を、元の高さまで急下降させるようアクチュエータ100の作動を制御する。このアクチュエータ100による座面61aの後部の下降の制御は、座面後部下降制御部425により行う。
ステップS129により座面61aの後部を下降させた後に進むステップS130では、ブレーキスイッチ18がオフになったか否か判定し、オフになった場合は、ステップS131に進み、オフになるまでの間はステップS130の判定を繰り返す。続く、ステップS131では、イグニッションスイッチがオフになったか否か判定し、オフであれば、制御を終了し、オフでない(オンの)場合は、ステップS122に戻る。
次に、実施の形態1の作用を説明する。
この作用の説明にあたり、まず、図6に基づいてカーブCuの走行時に横加速度揺り返し姿勢制御を実行する場合について説明する。
図6は、t10の時点の定常状態から、カーブCuのカーブ入口Cinから右方向の旋回走行を開始し、カーブ出口Coutを通過して操舵角を中立位置に戻した場合の、自車MVSの車両姿勢変化(車両運動)と、乗員Paの姿勢変化とを示す。なお、図6では、乗員Paとして運転手を示しているが、乗員Paは運転手に限るものではない。また、以下の説明は、自動運転制御ユニット4による自動運転走行を例として説明するが、運転手がステアリングSTRを手動で操舵する場合でも適用することができる。
以下に、このカーブCuの走行時の横加速度揺り返し姿勢制御の処理の流れを、順を追って説明する。
乗員姿勢制御部40は、走行中、自車MVSが走行する道路Roにおいて前方にカーブCuが有るかを判定する(S101、S102、S103)。そして、自車MVSの前方に図6に示すカーブCuが存在する場合、舵角センサ15の出力を読み込んで操舵開始(切込操舵)を判定する(S103、S104)。
自動運転制御ユニット4は、自車MVSがカーブ入口Cinに達したt11の時点で操舵を開始し、旋回走行を行う。この操舵開始による旋回走行の開始により、自車MVSには、旋回外側(図6では車両左方向)に横加速度が発生する。よって、乗員Paは、旋回加速度が作用する車両左方向に上半身UB及び頭部Heが傾く。
この操舵を開始したt11の時点から、乗員姿勢制御部40は、アクチュエータ100に対し、矢印Fupに示すようにシートクッション61の旋回内側である右側を徐々に上昇させる処理を開始する(S105、S106)。
旋回途中のt12の時点では、乗員Pa及びシートクッション61の座面61aは、旋回内側である右側を上昇させて傾く。なお、このとき旋回内側の上昇による座面61aの傾きは、乗員Paの傾き方向に一致するため、座面61aは、乗員Paとの接触状態を保つ動きとなる。
その後、自車MVSがカーブ出口Coutに近付くと、自動運転制御ユニット4は、操舵角を中立位置に向けて戻すよう操舵方向を反転させるよう制御する。これに伴い、まず、乗員姿勢制御部40は、シートクッション61の旋回内側の上昇を終了させる(S107、S108)。
さらに、乗員姿勢制御部40は、操舵角が中立位置の直前(t13の時点)で、上昇させていたシートクッション61の旋回内側を元の高さまで急下降させる(S110、S111)。この座面61aの右側が急に下降する刺激を受けて、乗員Paに、反射的に右側臀部が下降しないように上半身UBを旋回外側である車両左方向に傾ける姿勢変化が生じる。
すなわち、座面61aの旋回内側を急下降させると、乗員Paは、一瞬、上半身UB及び頭部Heが、ガクッと旋回内側に崩れる刺激を受ける。この刺激により、乗員Paは、旋回内側に崩れた頭部Heを、旋回外側に戻そうとして反射的に上半身UB及び頭部Heを旋回内側に傾ける姿勢変化を生じさせる筋緊張が発生する。また、この座面61aの下降量は、数mm〜1、2Cm程度で、乗員Paの姿勢を一定に保つために座面61aを移動させる場合と比較して僅かであり、短時間で移動させることができる。
そして、座面61aの下降直後に、操舵角を中立位置に戻す(t14の時点)ことにより、乗員Paに対し、車両右方向への揺り返し加速度が作用する。このとき、乗員Paは、その直前の反射による筋緊張により車両左方向に傾ける姿勢変化が発生しているため、この姿勢変化が揺り返し加速度と打ち消し合い、上半身UB及び頭部Heが、車両右方向に揺り返されるのを抑制できる。
したがって、カーブCuの走行に伴い発生する揺り返し加速度により、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが左右に揺られることに起因した乗り物酔いが生じるのを抑制することができる。
特に、運転手以外の乗員Paや、自動運転制御を行っている場合の運転手は、カーブ出口Coutで操舵角を中立位置に戻すタイミングを把握することが難しく、中立位置に戻す際に生じる揺り返しに応じた姿勢とするのが難しい。このため、上記のように、適切なタイミングで筋緊張が生じる刺激を与え、その反射による短時間の姿勢変化により、揺り返しに応じた姿勢を付与することは有効である。
また、シートクッション61の座面61aは、準備動作として予めを上昇させてから元の高さまで下降させるため、下降後に元の高さに戻す処理が不要である。ここで、座面61aを上昇させる準備動作無しに下降させる場合、横加速度揺り返し制御の実行後に、座面61aを元の高さに上昇させる必要があり、その際に、乗員Paに違和感を与えるおそれがあるが、本実施の形態では、この違和感を与えることがない。加えて、準備動作による座面61aの上昇時は、座面61aの向きが横加速度の作用方向を向くため、この上昇時に乗員Paに違和感を与えにくいと共に、乗員Paとの接触状態を保ち、その後の下降時の刺激を確実に乗員Paに与えることができる。
次に、図7に基づいて自車MVSの制動による減速時に減速加速度揺り返し姿勢制御を実行した場合について説明する。この場合も、自動運転制御ユニット4による自動運転時の制動時について説明するが、運転手の制動操作による減速時にも適用することができる。
図7は一定速走行を行っている状態(t20の時点)から、t21の時点で制動制御により減速を行い、t25の時点で、停止あるいは減速解除した場合の、車両姿勢変化(車両運動)及び乗員Paの姿勢変化を示している。なお、図7では、乗員Paとして運転手を示しているが、乗員Paとしては運転手に限るものではない。
t20の時点の一定速走行状態では、乗員姿勢制御部40は、道路情報に基づいて、停止候補箇所を予め予測し、ブレーキスイッチ18、ブレーキ油圧センサ19の監視を行う(ステップS121、S122、S123、S124)。自車MVSは、t21の時点で制動制御を開始し、その時点から乗員Paに対して、車両前方への減速加速度が作用し、乗員Paの上半身UBが前傾し、頭部Heが前方に移動する。なお、t21の時点では、ブレーキペダルBP及びこれを踏み込む靴Shを表示しているが、これは、制動力の発生を示すものであり、自動運転制御の実行時には、運転手によるこのような制動操作を伴うものではない。
この減速時に、減速度が予め設定した減速度閾値を超えると(t23の時点)、乗員姿勢制御部40は、シートクッション61(座面61a)の後部を徐々に上昇させる(矢印Fup参照)ようアクチュエータ100を作動させる(S125、S126)。
その後、減速解除し(t24の時点)自車MVSが停止する(t25の時点)ことを減速加速度揺り返し推定部423が推定し、その直前(t23の時点)に、座面61aの後部を、矢印Fdnに示すように元の高さに急下降させる(S128、S129)。
このシートクッション61(座面61a)の下降により、乗員Paは、一瞬、上半身UB及び頭部Heがガクッと車両後方に崩れる刺激を受ける。乗員Paは、この刺激により、後方に崩れた頭部Heを反射的に元の位置に戻そうとする筋緊張が発生し、頭部He及び上半身UBを前方に傾ける姿勢変化を付与する。
その直後の自車MVSの減速解除(t24の時点)もしくは停止(t25の時点)により、乗員Paに対して車両後方への揺り返し加速度が作用する。この際、揺り返し加速度と、上述の反射による筋緊張で生じた車両前方への姿勢変化とが打ち消し合い、頭部He及び上半身UBが前後に揺れるのを抑制できる。
したがって、減速時の前後方向の揺り返しで、頭部He及び上半身UBが前後に揺れることを起因とする乗り物酔いを抑制することができる。特に、運転手以外の乗員Paや、自動運転制御を行っている場合の運転手は、減速解除のタイミングや停車のタイミングを把握することが難しく、減速時の揺り返しに応じた姿勢を取るのが難しい。このため、上記のように、適切なタイミングで筋緊張が生じる刺激を与え、その反射による姿勢変化により、揺り返しに応じた姿勢を付与されることが有効である。
以下に、実施の形態1の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置の効果を列挙する。
(1)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、車両運動に関連する情報に基づいて自車MVSの乗員Paの姿勢を乗員姿勢制御部40により制御する乗員姿勢制御方法である。さらに、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、アクチュエータ100が設けられている。
乗員姿勢制御部40は、車両運動に関連する情報に基づいてステップS101〜110及びS121〜S126の処理により車両運動を予測する。そして、乗員姿勢制御部40は、予測した車両運動が生じる際に、乗員Paが車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激をシート60を介してアクチュエータ100により与える。
したがって、乗員Paに刺激を与えて筋緊張を発生させて車両運動に応じた姿勢とするため、短時間で乗員Paを所望の姿勢にすることができる。よって、乗員Paに、車両運動に対し適切なタイミングで適切な姿勢を付与し乗り物酔いの発生を抑制できる。
(2)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、乗員Paが予測した車両運動に応じた姿勢変化となる筋緊張を発生させる刺激を、筋緊張に対応した乗員Paの部位に、シート60を介してアクチュエータ100により与える。したがって、筋緊張の発生による姿勢変化により、短時間で車両運動に応じた姿勢とすることができる。
(3)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、姿勢変化は、シート60を介してアクチュエータ100により乗員Paの姿勢を崩す刺激を与えることで姿勢を崩す前の姿勢に戻そうとする筋緊張を発生させることにより行う。具体的には、乗員Paの下半身の左右の一方に、急に下降させて左右一方の姿勢を崩す刺激を与えることで、その姿勢が崩れた左右一方の部位を上昇させて元の姿勢に戻すように上半身UB及び頭部Heを左右のもう一方に傾ける姿勢変化を付与できる。また、乗員Paの下半身の後部を急下降させて後部の姿勢を崩す刺激を与えることで、その姿勢が崩れた後部を上昇させて元の姿勢に戻すように上半身UB及び頭部Heを前方に傾ける姿勢変化を付与できる。
したがって、刺激として乗員Paの姿勢を崩す刺激を用いるため、実施が容易であり汎用性に優れる。また、短時間の反射による姿勢変化が期待でき、適切なタイミングで適切な姿勢を付与することが可能である。
(4)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、予測した車両運動は、旋回走行に伴い乗員Paに車両横方向の揺り返しを生じさせる運動を含む。
したがって、乗員Paに刺激を与えて筋緊張を発生させて旋回走行時の車両横方向の揺り返しに応じた姿勢とすることができ、この車両横方向の揺り返しによる乗り物酔いの発生を抑制可能である。
(5)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、予測した車両運動は、減速走行に伴い乗員Paに車両前後方向の揺り返しを生じさせる運動を含む。
したがって、乗員Paに刺激を与えて筋緊張を発生させて減速走行時の車両横前後方向の揺り返しに応じた姿勢とすることができ、この車両前後方向の揺り返しによる乗り物酔いの発生を抑制可能である。
(6)実施の形態1の乗員姿勢制御方法は、予め目標走行経路を生成すると共に、運転スケジュールを生成し、この運転スケジュールに基づいて目標走行経路に沿って走行する自動運転車両に適用した。
したがって、運転スケジュールに基づいて、車両運動をより正確に予測でき、車両運動に対し、乗員Paをいっそう適切なタイミングで適切な姿勢を付与でき、一層乗り物酔いの発生を抑制可能である。
(7)実施の形態1の乗員姿勢制御装置は、自車MVSの乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータ100と、車両運動に関連する情報に基づいて、アクチュエータ100を制御する乗員姿勢制御部40と、を備える。
そして、乗員姿勢制御部40は、車両運動予測部としての横加速度揺り返し推定部415及び減速加速度揺り返し推定部423と、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータ100を制御する旋回内側座面下降制御部417及び座面後部下降制御部425と、を備える。横加速度揺り返し推定部415及び減速加速度揺り返し推定部423は、車両運動に関連する情報に基づいて車両運動としての横加速度揺り返し及び減速加速度揺り返しを予測する。旋回内側座面下降制御部417及び座面後部下降制御部425は、横加速度揺り返し及び減速加速度揺り返しが生じる際に、アクチュエータ100を作動させてシート60により乗員Paに刺激を与え各加速度揺り返しに応じた姿勢とする筋緊張を発生させる。
したがって、短時間に乗員Paを車両運動としての横加速度揺り返し及び減速加速度揺り返しに応じた姿勢にすることができる。よって、乗員Paに、車両運動に対し適切なタイミングで適切な姿勢を付与し乗り物酔いの発生を抑制可能である。
(他の実施の形態)
以下に、他の実施の形態について説明する。なお、他の実施の形態を説明するにあたり、相互に共通する構成やステップには共通する符号を付して、説明を省略し相違点についてのみ説明する。
実施の形態2の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置について説明する。
この実施の形態2は、筋緊張の発生により乗員Paに姿勢維持を付与する筋緊張を発生させる例である。
実施の形態2では、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、シート60に、図8に示す筋刺激アクチュエータ200が設けられている。この筋刺激アクチュエータ200は、乗員Paの左右の脚LEに、それぞれ独立して姿勢維持を付与する筋緊張を発生させる刺激を与えるもので、例えば、脚LEに電気刺激を与えるものを用いることができる。
また、このように脚LEに姿勢維持を付与する筋緊張は、脚LEの対抗する筋の双方を収縮させる刺激を与えることで行うことができる。例えば、図9に示すように、脚LEの対抗する筋である、大腿四頭筋Qmと大腿二頭筋Bfとに同時に電気刺激を与えて収縮させることで、脚LEを、いわゆる固まった状態として姿勢維持させることができる。すなわち、大腿四頭筋Qmの収縮により膝Knを中心に下肢ULを矢印Fqmの方向に回転させる力と、大腿二頭筋Bfの収縮により膝Knを中心に下肢ULを矢印Fbfの方向に回転させる力とが生じ、両力の拮抗で脚LEの姿勢が維持される。なお、このような筋を収縮させる刺激としては、電気刺激に限らず、例えば、エアバッグその他により脚LEの対抗する筋を同時に押圧する刺激を与えることでも可能である。
次に、図8に示す筋刺激アクチュエータ200の作動を制御する乗員姿勢制御部240について説明する。この乗員姿勢制御部240は、自車MVSの車線変更時に横加速度揺り返し姿勢制御を実行し、かつ、減速開始時に自車MVSに減速加速度が発生した際の姿勢変化を抑える減速開始時姿勢制御を実行するようにした例である。
図10は、車線変更時の横加速度揺り返し姿勢制御の流れを示すフローチャートであり、イグニッションスイッチのオンで処理を開始する。最初のステップS201では、自動運転制御ユニット4において車線変更を行う運転スケジュールが設定されたか判定する。
次のステップS202では、車線変更に伴い、左右のいずれかに操舵を行って車線を移動した後に、逆方向に操舵を行う際の中立位置の直前であるかの判定を行い、操舵角が中立位置の直前でステップS203に進み、それ以外はステップS202を繰り返す。そして、中立位置の直前で進むステップS203では、中立位置となる前の操舵方向の脚LEに筋刺激を与えるように筋刺激アクチュエータ200を作動させ、次のステップS204に進む。
ステップS204では、車線移動後に操舵角を中立位置に戻す直前であるか判定し、中立位置の直前でステップS205に進み、それ以外はステップS204を繰り返す。
そして、中立位置の直前で進むステップS205では、中立位置となる前の操舵方向の脚LEに筋刺激を与えるように筋刺激アクチュエータ200を作動させ、処理を終了する。
次に、図8に基づいて車線変更時の車両姿勢変化及び乗員Paの姿勢変化を説明する。なお、図8は、道路Roにおいて、第1の車線LA1から左隣の第2の車線LA2に車線変更を行う場合の、車両運動状態及び乗員Paの姿勢変化を示す。
まず、この車線変更時の、操舵状態及び車両運動について説明する。
この車線変更例では、t30の時点では、自車MVSは、操舵角を中立位置に維持し、第1の車線LA1を直進走行中である。そして、t31の時点で、左方向に操舵を開始し、自車MVSが両車線LA1,LA2を跨ぎ始めるt32の時点で、操舵をそれまでとは逆方向の右方向に戻し始める。t33の時点は、左方向から右方向に操舵方向を切り替える際の中立位置の直前を示す。
その後、t34の時点まで右方向への操舵状態を維持し(t34)、第2の車線LA2に走行車線を変更し終えると、直進走行を行うために、t35の時点から、操舵角を中立位置に向けて戻すために左方向へ操舵し、t36の時点で、操舵角を中立位置に戻す。
次に、このような車線変更時の車両運動に伴って乗員Paに作用する横加速度について説明する。
自車MVSが左旋回を開始したt32の時点から乗員Paに旋回外径方向である右方向に旋回加速度が作用し、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが右方向に傾く。その後、操舵方向を左方向から右方向に切り替える際の中立位置の直前のt33の時点で、乗員Paに対して左方向への揺り返し横加速度が作用し、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが左方向に揺り返される。
そして、自車MVSが第2の車線LA2に走行車線を変更した後、操舵位置を中立位置に戻すべく右方向に操舵したt35の時点で、乗員Paに対し、旋回方向である右方向の横加速度が作用する。その後、操舵を中立位置に戻す際に、乗員Paに対し、それまで作用していた旋回加速度とは逆方向の揺り返し加速度が作用する。
次に、車線変更時の本実施の形態2の横加速度姿勢制御を説明する。
乗員姿勢制御部240は、操舵方向を左方向から右方向に切り替える際の、中立位置の直前のt33の時点で、乗員Paの左側の脚LE(L)に筋刺激を与えるよう筋刺激アクチュエータ200を作動させる(ステップS302、S303)。
この刺激により、乗員Paは、左側の脚LE(L)の対抗する筋どうしである大腿四頭筋Qmと大腿二頭筋Bfとに筋緊張が生じ、脚LE(L)が固まった状態となって姿勢維持状態が付与される。したがって、乗員Paが、右方向に旋回加速度を受けた状態から、逆方向の左方向へ揺り返し横加速度を受けた際に、固まった状態の脚LE(L)の姿勢維持により踏ん張り、揺り返しによる頭部He及び上半身UBの移動を抑えることができる。
また、第2の車線LA2への車線変更後に右方向への旋回状態から操舵位置を中立位置に戻すt36の直前で、乗員姿勢制御部240は、右側の脚LE(R)に筋刺激を与えるよう筋刺激アクチュエータ200を作動させる(ステップS304、S305)。したがって、右旋回状態から中立位置に戻す際の揺り返し横加速度を乗員Paが受けた際に、固まった状態の右側の脚LE(R)の姿勢維持により踏ん張り、揺り返しによる頭部He及び上半身UBの移動を抑えることができる。
以上のように、車線変更時に、操舵位置を中立位置に戻す際の揺り返し加速度により、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが左右方向に揺られることに起因した乗り物酔いを抑制することができる。
また、実施の形態2にあっても、旋回走行時における横加速度の揺り返しにより乗員Paの上半身UB及び頭部Heが左右に揺られることを抑制する横加速度揺り返し制御の実行が可能である。
この場合、実施の形態1で説明したステップS111の処理を実行するタイミングで、筋刺激アクチュエータ200により乗員Paの旋回内側の脚LEに刺激を与える。これにより、刺激を与えられた脚LEに筋緊張が生じ、いわゆる固まった状態となって姿勢維持が付与される。
よって、乗員Paに横方向の揺り返し加速度が作用した際に、固まって姿勢維持された脚LEが踏ん張って、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが、旋回内側に揺り返されるのを抑制できる。これにより、カーブCu(図6参照)の走行の際に、横方向の揺り返し加速度により、上半身UB及び頭部Heが左右方向に揺られることに起因した乗り物酔いを抑制することができる。
次に、実施の形態2による減速開始時姿勢制御について説明する。
この減速開始時姿勢制御は、制動を行って自車MVSに減速加速度が発生した際に、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが車両前方に移動するのを抑える制御である。
この減速開始時姿勢制御は、制動操作の開始時点あるいはその直前である図11に示すt41の時点で、筋刺激アクチュエータ200により左右の脚LE(L)、LE(R)に筋緊張を発生させる刺激を与える。これにより、乗員Paは、左右の脚LE(L)、LE(R)を固めた状態に姿勢が維持され、車両前方への減速加速度を受け止める姿勢を付与し、上半身UB及び頭部Heが減速加速度により車両前方に移動するのを抑えることができる。
なお、上記の筋刺激アクチュエータ200の制御は、フローチャートは省略するが、自動運転制御を実行するものであれば、その運転スケジュールに基づいて、制動開始の直前を正確に判定し、上記減速開始時姿勢制御を実行することができる。また、運転手が運転を行うものであっても、ブレーキペダルBPの踏み込み量の検出により、実際に制動力が発生する直前を検出することが可能である。また、制動開始時点を検出してこの減速開始時姿勢制御を実行する場合であっても、その時点で減速加速度が発生していないか、小さい時点で、筋緊張を発生させることが可能であり、上記の効果を得ることができる。
また、上記の減速開始時姿勢制御は、乗員Paが運転手以外である場合、あるいは、自動運転制御時の運転手にとって有効である。すなわち、運転手自身が、制動操作を行う場合、運転手は、制動操作を行う時点で、ある程度上半身UB及び頭部Heが移動しないように姿勢維持を図ることが可能である。それに対して、運転手以外の乗員Paや自動運転制御中の運転手は、制動操作を開始するタイミングを予測することが難しく、制動に応じた姿勢で身構え得ることが難しい。したがって、この制動開始時点で、上記の制動時制御を実行し、乗員Paの姿勢変化を抑えることは、乗り物酔い防止に有効である。
また、制動開始時に、乗員Paの上半身UB及び頭部Heの車両前方への移動を抑制することにより、その後、停止や減速解除時点(t42の時点)の車両後方への揺り返し加速度による上半身UB及び頭部Heが車両後方への移動量を抑えることができる。
これによっても、制動時の乗員Paの上半身UB及び頭部Heが前後に揺られることに起因した乗り物酔いを抑制することができる。
以下に、実施の形態2の乗員姿勢制御方法の効果を列挙する。
(2−1)実施の形態2の乗員姿勢制御方法は、刺激は、筋緊張の発生により乗員Paに姿勢維持を付与する部位に与える。
したがって、乗員Paに刺激を与え、乗員Paの姿勢維持の力により車両運動に応じた姿勢とする筋緊張を発生させ、乗員Paの姿勢変化を抑えて、乗り物酔いの発生を抑えることができる。
(2−2)実施の形態2の乗員姿勢制御方法は、姿勢維持の付与は、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとしての筋刺激アクチュエータ200により乗員Paの対抗する筋どうしである大腿四頭筋Qmと大腿二頭筋Bfを収縮させる刺激を与えることにより行う。
したがって、対抗する筋を緊張させることにより、筋をがっちりと固めて姿勢維持を確実に行うことができる。加えて、本実施の形態2では、電気刺激による筋緊張を発生させるため、筋反射を発生させやすく、適切なタイミングで適切な姿勢を付与することができる。さらに、実施の形態1と同様に、上記(1)(4)〜(7)に記載した効果も奏する。
次に、実施の形態3の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置について説明する。
実施の形態3は、実施の形態1の変形例であり、車両運動に応じた姿勢変化を付与するため、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、乗員Paの足裏を移動させる足裏移動アクチュエータ300を用いるようにした例である。
この足裏移動アクチュエータ300は、図12Aに示すように、乗員Paの足裏を載せる踏面311を上面に有した移動プレート310を備える。この移動プレート310は、車体の床面に対して車両前後方向に移動可能に支持されると共に、図13Aに示すように、略水平な状態から前端部よりも後端部を下げた後方傾斜状態を形成可能に支持されている。そして、足裏移動アクチュエータ300は、モータや流体圧を駆動源として、移動プレート310を車両前後方向に移動させたり、略水平の状態と後方傾斜状態とに変位させたりすることを可能としている。
次に、足裏移動アクチュエータ300と、乗員Paの姿勢変化について説明する。
図12Aに示すように、移動プレート310を車両後方(矢印RRの方向)にスライド移動させた場合、乗員Paの脚LEは、膝Knの位置が矢印UPに示すように上昇し、図12Bに示す大腿二頭筋Bfが伸ばされる筋刺激が付与される。そして、この筋刺激による反射として、大腿二頭筋Bfが収縮する筋緊張が生じ、膝Knを中心として下肢ULを矢印Raの方向に移動させる姿勢変化が生じ、膝Knの回転剛性が高まる。
したがって、左右の一方の脚LEにこの筋緊張が生じさせると、脚LEの剛性が向上し、横加速度に対抗する姿勢変化を付与することができる。また、左右の両脚LEにこの筋緊張を生じさせると、両脚LEの剛性が向上して車両前後方向の加速度に対抗する姿勢変化を付与することができる。
また、図13Aに示すように、移動プレート310を、水平状態から後方傾斜状態に移動させると、図13Bに示す下腿三頭筋LLtを伸ばす筋刺激を与える。そして、この筋刺激による反射として、下腿三頭筋LLtが収縮し、足首AKに図13Bの矢印Rbに示す回転方向の姿勢変化が付与される。
したがって、図13Aに示す筋刺激を両脚LEに与えると、乗員Paの上半身UB及び頭部Heを後方に移動させる姿勢変化が生じる。また、左右の一方の脚LEに与えると、上半身UB及び頭部Heを、刺激を与えた側とは反対方向に傾ける姿勢変化が生じる。図14は、右側の脚LE(R)の下の移動プレート310を後方傾斜状態とする刺激を付与した場合を示し、この場合、乗員Paの上半身UB及び頭部Heが左方向に傾く姿勢変化が生じる。
よって、実施の形態2で説明した減速開始時姿勢制御の実行タイミングで、筋刺激を両脚LEに与えて、減速加速度による乗員Paの上半身UB及び頭部Heの移動を抑えることができる。また、実施の形態1で説明した横加速度揺り返し制御のタイミングで脚LEの左右の一方に筋刺激を与えて、横方向の揺り返しによる乗員Paの上半身UB及び頭部Heの横方向への移動を抑制することができる。したがって、この実施の形態3にあっても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
次に、実施の形態4の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置について説明する。
この実施の形態4は、実施の形態3の変形例であって、図12A、図12Bに例示したように、大腿二頭筋Bfを伸ばす方向に刺激を与えるアクチュエータの他の例を示す。
この実施の形態4に示すアクチュエータ400は、図15A、図15Bに示すアーム401とアームアクチュエータ402とを備える。アーム401は、シート60に着座した乗員Paの脚LEの膝Knを中心とする円弧Rkに沿って移動可能にシートクッション61に支持されている。アームアクチュエータ402は、アーム401に対して円弧Rkに沿う回転方向に駆動力を与えるモータなどの駆動源と、歯車等の動力伝達機構とを含む。
乗員姿勢制御部440は、通常は、図15Aに示すように、アーム401を下肢ULから後方に離れて配置するようアームアクチュエータ402を作動させておく。
そして、大腿二頭筋Bfを伸長させる姿勢変化を生じさせたい場合には、アーム401を前方に移動させ、下肢ULを前方に移動させる。これにより、脚LEに大腿二頭筋Bfが伸ばす刺激を与え、その反射で大腿二頭筋Bfに収縮方向の筋緊張が生じ、図15Cに示すように、膝Knを中心として下肢ULを矢印Raに沿うように回転させる姿勢変化を付与することができる。したがって、この実施の形態4にあっても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
次に、実施の形態5の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置について説明する。
この実施の形態5は、実施の形態3の変形例であって、図13A、図13Bに例示したように、下腿三頭筋LLtを伸ばす方向に刺激を与えるアクチュエータの変形例を示す。
この実施の形態5に示すアクチュエータ500は、図16A、図16Bに示すように、シートクッション61に設けられた、アーム510とアームアクチュエータ520とを備える。
アーム510は、アーム本体511と、上側動作部512と、下側動作部513とを備える。アーム本体511は、シートクッション61に前後方向に円弧状に移動可能に支持されている。上側動作部512及び下側動作部513は、アーム本体511の前方端部に設けられ、アーム本体511に対して、所定確度だけ上下対称に回転可能に支持されている。
アームアクチュエータ520は、例えば、電動モータであり、歯車やベルトなどの動力伝達機構を介して、アーム本体511、上側動作部512、下側動作部513に回転駆動力を伝達する。
乗員姿勢制御部540は、通常は、両動作部512,513が乗員Paの下肢ULから後方に離してアーム本体511を配置するようアームアクチュエータ520を作動させる。
そして、乗員Paの下腿三頭筋LLtを伸長させる筋刺激の付与時には、まず、アーム本体511を前方に移動させ、上側動作部512と下側動作部513とを、下腿三頭筋LLtの位置で下肢ULに接触させる。次に、上側動作部512と下側動作部513とを、相互に上下に離れるようにアーム本体511に対して回動させる。
これにより、乗員Paは、下腿三頭筋LLtが伸ばされる刺激を受け、その反射による筋緊張により、実施の形態3の図13Bにより説明したのと同様に、足首AKを中心に矢印Rbの方向に回転する姿勢変化を付与する。したがって、この実施の形態5にあっても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
以上、本開示の乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置を実施の形態に基づき説明してきた。しかし、具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施の形態では、乗員姿勢制御方法及び乗員姿勢制御装置を、自動運転制御を実行する車両に適用した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、運転支援制御を行う車両等のように、車両運動を予測する情報が入力される車両であればよい。また、車両運動の予測は、実際に車両運動が生じる直前の状態を検出できればよいものであり、例えば、運転手の旋回操作や制動操作等の検出に基づいて、実際に車両運動が発生する直前の状態を検出するものを含む。
また、実施の形態1では、筋緊張を与える座面61aの下降を行う前の準備動作として予め座面61aを上昇させるものを示したが、この準備動作無しに座面61aを下降させるようにしてもよい。その場合、下降による姿勢変化を生じさせた後に、徐々に座面61aを元の高さに戻す。
また、実施の形態では、姿勢変化を付与する刺激を与えるアクチュエータとして、シートクッション61の座面61aを上昇、下降させるものや、筋を伸長させるように刺激を与えるものを示したが、これに限定されない。例えば、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、乗員Paの上半身UBにおいて、運動方向(加速度が作用する方向)と同じ方向の体側(例えば、脇腹や背中)を突くような刺激を与えるものを用いてもよい。
さらに、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータによる姿勢変化を付与可能な刺激として、温冷感刺激を用いることができる。例えば、流体を含む冷たい物体や、流体を含む熱い物体を乗員Paに接触させることで、これらの物体から遠ざかるような反射による筋緊張により姿勢変化を付与することができる。
また、実施の形態では、姿勢維持を付与する刺激として、対抗する筋の双方を収縮させる電気刺激を与える例を示したが、これに限定されない。例えば、対抗する筋の双方を押圧することで、収縮させるようにしてもよい。あるいは、上述した温冷感刺激、光刺激、音響刺激の他に、味覚刺激を用いることもできる。例えば、酸っぱいと感じる刺激を受けると、首の筋が収縮することが分かっている。
さらに、乗員Paに筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータとして、乗員Paに直接接触することなく、音や光をアクチュエータで発生させ、刺激を与えるものを用いてもよい。例えば、音の刺激としては、音場の位置変化や音圧の変化、リズムなどをアクチュエータで発生させ、刺激を与えるものを用いることができる。この場合、急にある方向から大きな音を出すと、音とは反対方向に身体(上半身UB)を移動させるような反射による筋緊張により姿勢変化を付与することができる。
また、光等を用いるものとしては、周辺視への視覚刺激や、視覚への有目性刺激を与えるものを用いることができる。具体的には、周辺視に光をアクチュエータで発生させ、刺激を与えることで、この光から遠ざかる向きに移動する反射による筋緊張を発生させて姿勢変化を付与することができる。そして、周辺視に刺激を与えることで、中央視の視覚を確保できる。あるいは、運転手が前方を注視する必要が無い自動運転制御を実行時は、例えば、運転手を含む乗員Paに物体が向かって来るような映像による刺激を与えることで、この物体から遠ざかる(逃げる)反射による筋緊張により姿勢変化を付与することができる。
また、実施の形態では、車両運動に関する情報として、車載センサ1や地図データ記憶部2や外部データ通信器3からの情報を用いる例を示したが、これに限定されない。例えば、運転手の動きを検出して得られた情報を用いてもよい。すなわち、運転手が自分で運転する場合、運転操作に応じた車両運動が生じる際に、その運転操作に応じた姿勢をとることが知られている。そこで、この運転者の姿勢及びその変化、特に頭部の動きを、カメラ等で撮像してデータ化し、頭部の動きを含む運転者の姿勢及びその変化により車両運動を予測し、これに応じて他の乗員Paの姿勢を制御することができる。
さらに、乗員Paの姿勢制御は、特定の周波数領域(例えば、0.2Hz付近)の加速度が生じる際に、行うようにしてもよい。すなわち、0.2Hz付近の加速度で、運動感覚器(前庭器官(三半規管と耳石))の機能が低下する領域であり、乗り物酔いが発生しやすいと考えられる。そこで、このような乗り物酔いを招きやすい周波数帯の加速度が生じる場合に、筋緊張を発生させる刺激を与える姿勢制御を実行するようにしてもよい。

Claims (8)

  1. 車両運動に関連する情報に基づいて車両の乗員の姿勢をコントローラにより制御する乗員姿勢制御方法であって、
    前記乗員に筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータが設けられ、
    前記コントローラは、
    前記車両運動に関連する情報に基づいて車両運動を予測し、
    予測した車両運動が生じる際に、前記乗員が前記車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激を前記アクチュエータにより与える
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  2. 請求項1に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記乗員が前記予測した車両運動に応じた姿勢変化となる筋緊張を発生させる刺激を、前記筋緊張に対応した前記乗員の部位に、前記アクチュエータにより与える
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  3. 請求項2に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記姿勢変化は、前記アクチュエータにより前記乗員の姿勢を崩す前記刺激を与えることで前記姿勢を崩す前の姿勢に戻そうとする前記筋緊張を発生させることにより行う
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  4. 請求項1に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記乗員が前記予測した車両運動に応じた姿勢維持する筋緊張を発生させる刺激を、前記筋緊張に対応した前記乗員の部位に、前記アクチュエータにより与える
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  5. 請求項4に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記姿勢維持は、前記アクチュエータにより前記乗員の対抗する筋の双方を収縮させる前記刺激を与えることにより行う
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記予測した車両運動は、旋回走行に伴い前記乗員に車両横方向の揺り返しを生じさせる運動を含む
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の乗員姿勢制御方法において、
    前記予測した車両運動は、減速走行に伴い前記乗員に車両前後方向の揺り返しを生じさせる運動を含む
    ことを特徴とする乗員姿勢制御方法。
  8. 車両の乗員に筋緊張を発生させる刺激を与えるアクチュエータと、
    車両運動に関連する情報に基づいて、前記アクチュエータを制御するコントローラと、
    を備え、
    前記コントローラは、
    前記車両運動に関連する情報に基づいて車両運動を予測する車両運動予測部と、
    予測した車両運動が生じる際に、前記乗員が前記車両運動に応じた姿勢となる筋緊張を発生させる刺激を前記アクチュエータにより与える刺激付与制御部と、
    を有することを特徴とする乗員姿勢制御装置。
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