JP6936624B2 - 車両用灯具の制御装置および車両用灯具システム - Google Patents

車両用灯具の制御装置および車両用灯具システム Download PDF

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Description

本発明は、車両の姿勢変化に対応して車両用灯具（例えば前照灯）による光の照射方向を制御する技術に関する。
乗員や積荷による車両のピッチ方向の姿勢変化に対応して前照灯による光の照射方向（光軸）を調整する制御（オートレベリング制御）が知られている。このようなオートレベリング制御によれば、車両の姿勢変化があった場合にも対向車両や先行車両などに対してグレアを与えることを防ぐことができる。
車両の走行中におけるオートレベリング制御を実現する先行技術は、例えば特許第５５７７０８０号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１に開示される技術は、車両に設置した二軸加速度センサによって得られる車両の前後方向の加速度および上下方向の加速度を用いて所定の演算を行うことで傾斜角求め、その傾きに基づいて光の照射方向を制御するというものである。また、特許第５７８７６４９号公報（特許文献２）に開示される技術は、車両に設置した加速度センサによって得られる車両の前後方向の加速度を第１軸に設定し、上下方向の加速度を第２軸に設定して各加速度の検出値をプロットして各検出値から直線を求め、その傾きに基づいて光の照射方向を制御するというものである。
ところで、車両の走行中に加速度センサから出力される加速度はバラツキが比較的大きいため、これらの加速度に基づいて求められる車両のピッチ方向の姿勢角度もバラツキの影響を受けやすく、得られる姿勢角度の精度が低かった。
特許第５５７７０８０号公報 特許第５７８７６４９号公報
本発明に係る具体的態様は、車両のピッチ方向の姿勢をより精度よく求めることが可能な技術を提供することを目的の１つとする。
［１］本発明に係る一態様の車両用灯具の制御装置は、車両のピッチ方向の姿勢変化に応じて車両用灯具の光軸を可変に制御するための制御装置であって、（ａ）車両の前後方向に対応付けられた第１加速度、当該車両の上下方向に対応付けられた第２加速度、当該車両の車速の各々を所定時間毎に取得し、前記車速に基づいて車両進行方向加速度を算出して、前記車両進行方向加速度と前記第１加速度との相関関係から第１傾きを求めるとともに、前記車両進行方向加速度と前記第２加速度との相関関係から第２傾きを求めて、当該第１傾きと第２傾きの比に基づいて前記車両の姿勢角度を求める角度算出部と、（ｂ）前記角度算出部により求められた前記車両の姿勢角度に基づいて前記車両用灯具の光軸を制御するための制御信号を生成して当該車両用灯具へ供給する光軸設定部を含む、車両用灯具の制御装置である。
［２］本発明に係る一態様の車両用灯具システムは、上記の制御装置と当該制御装置によって制御される車両用灯具を備える、車両用灯具システムである。
上記構成によれば、車両のピッチ方向の姿勢をより精度よく求めることが可能となる。
図１は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示すブロック図である。 図２は、ランプユニットの光軸制御の様子を模式的に示した図である。 図３は、加速度センサの設置状態を説明するための図である。 図４は、加速度センサの各軸と車両進行方向加速度の関係を拡大して示した図である。 図５は、車両用灯具システムの動作を説明するためのフローチャートである。 図６は、角度算出部による統計処理の内容について説明するための図である。
図１は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示すブロック図である。図１に示す車両用灯具システムは、制御部１１、加速度センサ１２、２つのランプユニット１３を含んで構成されている。この車両用灯具システムは、図２に模式的に示すように、走行中における各ランプユニット１３による光照射方向（光軸）ａを車両のピッチ方向の姿勢変化に応じて可変に制御するものである。
制御部１１は、車両用灯具システムの動作を制御するものであり、角度算出部２０、光軸設定部２１を含んで構成されている。この制御部１１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータシステムにおいて所定の制御プログラムを実行させることによって実現される。
加速度センサ１２は、少なくとも互いに直交する２つの軸の加速度を検出可能なセンサであり、車両内の所定位置に設置されている。この加速度センサ１２は、例えば１つの軸を車両の前後方向に対応付け、他の１つの軸を車両の上下方向に対応付けて設置される。
各ランプユニット１３は、車両前部の所定位置に設置されており、車両前方へ光を照射するための光源や反射鏡等を有して構成されている。各ランプユニット１３は、車両のピッチ方向にて光軸ａを上下に調整するための光軸調整部２２を有している。各光軸調整部２２は、例えば各ランプユニット１３の光源の向きを上下に調整するアクチュエータを有しており、制御部１１から与えられる制御信号に基づいて動作する。
角度算出部２０は、車両に設けられた車速センサ（図示せず）から得られる車速と、加速度センサ１２から得られる加速度に基づいて、車両のピッチ方向における姿勢を示す情報である姿勢角度（車両角度）を算出する。
光軸設定部２１は、角度算出部２０によって算出される姿勢角度に基づいて、各ランプユニット１３の光軸ａを制御するための制御信号を生成し、各ランプユニット１３へ出力する。
図３は、加速度センサの設置状態を説明するための図である。図３（Ａ）に示すように、本実施形態では説明の簡略化のために、加速度センサ１２の第１軸であるＸ軸が車両の前後方向（水平方向）と一致し、第２軸であるＹ軸が車両の上下方向（垂直方向）と一致するように加速度センサ１２が設置されているものとする。また、図３（Ａ）においてＡの符号を付したベクトルで示されているのは車両の進行方向の加速度であり、以後、「車両進行方向加速度Ａ」と呼ぶ。本実施形態では、車両進行方向加速度Ａを車速の情報に基づいて求める。
図３（Ｂ）は、乗員や積荷などの影響で車両の後部が相対的に下がり前部が相対的にあがるように姿勢変化した状態を示す。この場合、車両の走行中において図示のように加速度センサ１２のＸ軸、Ｙ軸は車両の姿勢変化に伴って傾くが、車両進行方向加速度Ａは傾かずに、車両の位置する路面と平行になる。この関係を拡大して示したのが図４である。図示のように、路面と水平な方向と車両の前後方向とのなす角度θが車両の姿勢角度に対応する。なお、この関係は、路面が水平である場合のみならず路面が傾いている場合にも同じである（図示省略）。
図５は、車両用灯具システムの動作を説明するためのフローチャートである。ここでは、主に制御部１１による処理内容が示されている。なお、ここに示す各処理ブロックは、相互に矛盾を生じない限りにおいて順番を入れ替えることも可能である。また、後述する統計処理を行って角度算出を実施する場合の具体例を用いて説明している。
角度算出部２０は、加速度センサ１２から出力されるＸ，Ｙ加速度を取得してこれらの値に移動平均処理を行う（ステップＳ１０）。例えば、加速度センサ１２から出力されるＸ，Ｙ加速度を１ｍｓ毎に取得してそれらの値に移動平均処理が行われる。
また、角度算出部２０は、移動平均処理で得られるＸ，Ｙ加速度の各値を１００ｍｓ毎に取得するとともに（ステップＳ１１）、車両から得られる車速Ｓを１００ｍｓ毎に取得する（ステップＳ１２）。なお、各加速度および車速を取得する時間間隔の１００ｍｓは一例であり、限定されない。各加速度を取得する時間間隔と車速を取得する時間間隔とが異なる長さであってもよい。
次に、角度算出部２０は、車速Ｓの大きさに基づいて車両が走行中であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。車両が走行中ではない場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、処理が終了する。この場合、例えば、停車中における光軸調整ルーチンへ移行する（図示および詳細説明を省略）。
車両が走行中である場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、角度算出部２０は、Ｘ，Ｙ軸加速度の各値を統計処理用にバッファへ格納する（ステップＳ１４）。また、角度算出部２０は、現在の車速Ｓｎとこれより１つ古いタイミングの車速Ｓｎ−１の差分に基づいて車両進行方向加速度Ｓｖを算出し、この値を統計処理用にバッファへ格納する（ステップＳ１５）。具体的には、車両進行方向加速度Ｓｖは、車速に基づいて求める関係上、Ｘ，Ｙ軸加速度との間で時間軸にずれを生じ得るので、このずれを考慮して各値をバッファに格納することで、車両進行方向加速度ＳｖとＸ，Ｙ軸加速度の時間軸を同期させることができる。本実施形態では、この車速から求められる車両進行方向加速度Ｓｖを上記した車両進行方向加速度Ａとして用いる。
次に、角度算出部２０は、バッファに格納した車両進行方向加速度Ｓｖ（車両進行方向加速度Ａ）とＸ，Ｙ軸加速度の各値を用いて所定の演算を含む統計処理を行うことにより、車両の姿勢角度を算出する（ステップＳ１６）。
図６は、角度算出部による統計処理の内容について説明するための図である。角度算出部２０は、図６（Ａ）に示すように横軸（第１軸）を車両進行方向加速度Ｓｖ、縦軸（第２軸）をＸ軸加速度に設定して各値をプロットし、それらの相関関係から、例えば最小二乗法による直線近似を行うことによって傾きＳｘ（＝ｄｓ／ｄｘ）を求める。同様に、角度算出部２０は、図６（Ｂ）に示すように横軸（第１軸）を車両進行方向加速度Ｓｖ、縦軸（第２軸）をＹ軸加速度に設定して各値をプロットし、それらの相関関係から、例えば最小二乗法による直線近似を行うことによって傾きＳｙ（＝ｄｓ／ｄｙ）を求める。そして、角度算出部２０は、求めた傾きＳｘ、Ｓｙの比を用いて、ｔａｎ−１（Ｓｙ／Ｓｘ）を計算することで車両の姿勢角度θを求める。
換言すると、車両の進行方向に対する加速度Ｓｖ（車両進行方向加速度Ａ）に対するＸ軸加速度、すなわち前後方向加速度との関係から傾きＳｘ（＝ｄｓ／ｄｘ）を求める。同様に、車両の進行方向に対する加速度Ｓｖ（車両進行方向加速度Ａ）に対するＹ軸加速度、すなわち前後方向加速度との関係から傾きＳｙ（＝ｄｓ／ｄｙ）を求める。傾きＳｘおよび傾きＳｙは、どちらも車両の進行方向に対する加速度Ｓｖ（車両進行方向加速度Ａ）に対する比率であるから、傾きＳｘと傾きＳｙの比率を用いて計算すれば車両の姿勢角度θを求めることができる。
車両の姿勢角度θが算出されると、制御部１１の光軸設定部２１は、この姿勢角度θに基づいて、各ランプユニット１３の光軸ａを制御するための制御信号を生成し、各ランプユニット１３へ出力する（ステップＳ１７）。各ランプユニット１３では、光軸設定部２１から与えられる制御信号に基づいて光軸調整部２２により光軸調整が行われる。その後、ステップＳ１０へ戻り、以降の処理が繰り返される。
以上のような実施形態によれば、車両のピッチ方向の姿勢をより精度よく求めることが可能な車両用灯具システムの制御技術が得られる。詳細には、比較的安定したデータが得られる車速から車両進行方向加速度を求めるので、バラツキの少ない安定した車両進行方向加速度を求めることができる。そして、この車両進行方向加速度を主軸にして、加速度センサから得られるＸ，Ｙ軸加速度との関係でそれぞれ傾きを求め、それら傾きに基づいて車両の姿勢角度を求めているので、加速度センサから得られるデータのバラツキの影響を軽減することができる。
また、この車両進行方向加速度を主軸にして、加速度センサから得られるＸ，Ｙ各加速度との関係でそれぞれ傾きを求めているので、Ｘ軸加速度とＹ軸加速度の関係は時系列的に同じ時刻の加速度である必要がない。このことからも、加速度センサから得られるデータのバラツキの影響を軽減することができる。
さらに、本実施形態では車速から求められる車両進行方向加速度Ｓｖを車両進行方向加速度Ａとして用い、この車両進行方向加速度に対する比率を用いて算出しているので、加速度センサの取付けを必ずしもＸ軸加速度が車両の前後方向と一致し、且つ、Ｙ軸加速度を上下方向と一致させるように取り付ける必要がない。従って、加速度センサを車両に対して取り付ける際の精度を高めることなく取り付けを実施でき、総じて取付けの低コスト化を図って車両姿勢角度を求めることができる。
次に、他の実施形態について説明する。先の実施形態においては常に車速から求められる車両進行方向加速度を用い、この車両進行方向加速度に対する比率を用いて車両の姿勢傾斜角を算出した。他の実施形態においては、車速から求められる車両進行方向加速度を用いて異なる方法を用いて姿勢傾斜角を求める。
車両が一定速度で走行している場合には、前後方向の加速度が生じない。すなわち車両進行方向加速度Ａは０（ゼロ）となる。一方、車両の上下方向の加速度は、重力加速度に対して荷重による車両の傾き角に相当分異なるものとなる。ここで、乗員や積荷などの影響で車両の前部もしくは後部が相対的に下がるように姿勢変化したときには、加速度センサ１２から出力されるＸ，Ｙに変化が生じる。姿勢変化が生じたときの車両の絶対傾斜角θは、例えば特許第５５７７０８０号公報（特許文献１）に記載した次の計算式を用いた演算により求めることができる。
θ＝ｓｉｎ−１{Ｘ／（−１Ｇ）}
また、鉛直方向に加速度ａが発生している場合は以下の通りである。
θ＝ｓｉｎ−１{Ｘ／（−１Ｇ＋ａ）}
また、坂道傾斜角αの算出も、例えば特許第５５７７０８０号公報（特許文献１）に記載した次の計算式を用いた演算により求めることができる。
α＝ｓｉｎ−１（ｈ／ｘ）
その際、車速から求められる車両進行方向加速度を特許第５５７７０８０号公報（特許文献１）に記載した加速度センサから検出したＸ（前後方向加速度）として用いる。ただし、１Ｇは重力加速度、ｈは鉛直方向の変位、ｘは進行距離を示す。
絶対傾斜角から坂道傾斜角を減算することにより姿勢角度を算出することができる。なお、絶対傾斜角は水平面に対する車両の角度、坂道傾斜角は水平面に対する坂道（路面）の角度、姿勢傾斜角は坂道（路面）に対する車両の角度である。絶対傾斜角は坂道傾斜角と姿勢傾斜角の合計値に等しい。
加速度センサから検出したＸ（前後方向加速度）を用いずに比較的安定したデータが得られる車速から求めた車両進行方向加速度Ａを用いることで、バラツキの少ない安定した車両進行方向加速度を求めることができる。
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では、加速度センサ１２のＸ軸が車両の前後方向と一致し、Ｙ軸が車両の上下方向と一致するように車両に設けている場合を例示していたが、前述したようにＸ軸、Ｙ軸は車両の前後方向、上下方向から傾いて配置されていてもよいから、車両でなくランプユニットや制御部に設けることも可能である。本発明においては、車両に対する取り付け方向にバラツキを生じたとしても姿勢角度を求めることができ得る。従って、車両に取り付けるランプユニットに設けた場合であっても、車両前後方向加速度は車速センサの信号を用いて算出しているので、その精度に影響を受けることなく車両姿勢角度を算出することができる。また、加速度センサをランプユニットや制御部等に一体に設ければ、別個に車両に取り付ける必要がなく、取り付け作業を低減して低コスト化を図ることができる。
また、上記した実施形態ではランプユニットの光源の向きをアクチュエータで調整していたが、光軸調整方法はこれに限られない。例えば、ランプユニットの光源が複数の発光素子をマトリクス状に配列した構成を有するような場合であれば、姿勢角度に応じて、点灯させる発光素子の行を上下に可変させることによっても、オートレベリング制御を実現することができる。
１１：制御部
１２：加速度センサ
１３：ランプユニット
２０：角度算出部
２１：光軸設定部
２２：光軸調整部

Claims (7)

  1. 車両のピッチ方向の姿勢変化に応じて車両用灯具の光軸を可変に制御するための制御装置であって、
    車両の前後方向に対応付けられた第１加速度、当該車両の上下方向に対応付けられた第２加速度、当該車両の車速の各々を所定時間毎に取得し、前記車速に基づいて車両進行方向加速度を算出して、前記車両進行方向加速度と前記第１加速度との相関関係から第１傾きを求めるとともに、前記車両進行方向加速度と前記第２加速度との相関関係から第２傾きを求めて、当該第１傾きと第２傾きの比に基づいて前記車両の姿勢角度を求める角度算出部と、
    前記角度算出部により求められた前記車両の姿勢角度に基づいて前記車両用灯具の光軸を制御するための制御信号を生成して当該車両用灯具へ供給する光軸設定部と、
    を含む、車両用灯具の制御装置。
  2. 前記第１傾きは、前記車両進行方向加速度と前記第１加速度との相関関係に基づいて直線近似を行うことによって求められ、
    前記第２傾きは、前記車両進行方向加速度と前記第２加速度との相関関係に基づいて直線近似を行うことによって求められる、
    請求項１に記載の車両用灯具の制御装置。
  3. 前記角度算出部は、前記車両が走行中か否かを判定して走行中である場合に前記車両の姿勢角度を求める、
    請求項１又は２に記載の車両用灯具の制御装置。
  4. 前記角度算出部は、前記車両進行方向加速度を、複数の時刻における前記車速の差分に基づいて求める、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用灯具の制御装置。
  5. 前記角度算出部は、前記第１傾きと前記第２傾きの比の逆正接関数によって前記車両の姿勢角度を求める、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用灯具の制御装置。
  6. 前記前記第１加速度および前記第２加速度が加速度センサによって検出される、
    請求項１〜５の何れか１項に記載の車両用灯具の制御装置。
  7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の制御装置と当該制御装置によって制御される車両用灯具を備える、車両用灯具システム。
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