JP7204772B2 - ヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents
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Description
図5Aは、ピッチング揺れの測定を示す図である。車両2に設置したジャイロセンサ43でy軸周りの回転速度、すなわちピッチング方向(ピッチ方向)の角速度ωpitchを測定する。CPU13は角速度ωpitchを積分し、角度変化量(ピッチ角度)θpitchを求める。
まず、図7Aで示すように、車両の3軸方向の回転を次のように定義する。車両2の進行方向をx軸、左右方向をy軸、上下(鉛直)方向をz軸とすると、x軸の周りの回転をロール方向、y軸の周りの回転をピッチ方向、z軸の周りの回転をヨー方向、と呼ぶ。ここで、車両2が左方向に曲がる場合を考える。
図7Bは、車体が傾かない状態でカーブを曲がる場合を示す。この場合ジャイロセンサ43では、ヨー方向の角速度ωのみ検出する。
ωpitch=ω・sinθroll (1-1)
となりωpitchの成分が現れる。また、ヨー方向の角速度ωyawは、
ωyaw=ω・cosθroll (1-2)
となる。(1-1)、(1-2)式より、
ωpitch=ωyaw・tanθroll (1-3)
このようにジャイロセンサでは、ヨー方向の角速度ωyawだけでなく、ロール方向の傾きθrollで決まるピッチ方向の角速度ωpitchを検出する。その結果、HUD装置の制御部11はこのピッチ成分ωpitchを補正しようとして、表示するオブジェクトを上下方向にずらすことになる。
対処法1では、補正対象を常時表示オブジェクトと実景重畳オブジェクトに分け、補正量の修正または表示明るさの変更を行うものである。
θc=θpitch・(1+exp(a(ωyaw+ω0)))-1・(1+exp(-a(ωyaw-ω0)))-1
=θpitch・G (2)
ここに、(2)式の減衰項Gは図8Cに示す補正関数で、ヨー方向の角速度|ωyaw|が閾値ω0より小さい場合はG=1、|ωyaw|が閾値ω0より大きい場合はG=0に漸近する関数である。ここに、減衰項G内の係数aを調整することで、G=1とG=0の間を滑らかに遷移させることができる。なお、関数Gは上記式に限らず、閾値ω0を境界としてG=1とG=0とを滑らかに遷移させるものであれば良い。
Pc=P・(1+exp(a(ωyaw+ω0)))-1・(1+exp(-a(ωyaw-ω0)))-1
=P・G (3)
ここに、(3)式の減衰項Gは前記(2)式の減衰項Gと同じ関数で、ヨー方向の角速度|ωyaw|が閾値ω0より小さい場合はG=1、|ωyaw|が閾値ω0より大きい場合はG=0に漸近する。
S101:ジャイロセンサ43からヨー方向とピッチ方向の角速度(ωyaw、ωpitch)を取得する。
S103:フィルタ処理したωpitchを積分し、ピッチ角度θpitchを算出する。さらに一定の減衰係数を掛け、発散を防止する。
S105:前記(3)式でオブジェクトの明るさPを修正し、Pcを算出する。すなわち、ヨー方向の角速度|ωyaw|が閾値ω0より大きい場合は、オブジェクトの明るさPcを0に近づける。
S107:修正後の明るさPcに応じて実景重畳オブジェクトの明るさを変更する。これらの補正を施されたオブジェクトは映像表示部50により表示される。
S108:映像の表示終了か否かを判定し、継続する場合はS101に戻り、上記処理を繰り返す。
次に、対処法1の変形例として対処法2について説明する。対処法2では、ジャイロセンサ43で3軸方向の角速度を測定し、角速度のロール成分ωrollも考慮して、実質的なピッチング角度θc’を算出する。ジャイロセンサ43で測定した角速度のピッチ成分ωpitch、ヨー成分ωyaw、ロール成分ωrollに対し、ロール成分ωrollについては時間積分してロール角度θrollとする。
ωc’=ωpitch-ωyaw・tanθroll (4)
(4)式で得られる角速度ωc’は、ヨー成分ωyawとロール角度θrollの影響が考慮されているので、実質的なピッチ成分となる。
S111:ジャイロセンサ43からロール方向とヨー方向とピッチ方向の角速度(ωroll、ωyaw、ωpitch)を取得する。
S113:フィルタ処理したωrollを積分し、ロール角度θrollを算出する。さらに一定の減衰係数を掛け、発散を防止する。
S115:角速度ωc’を時間積分し、実質的なピッチ角度θc’を算出する。さらに一定の減衰係数を掛け、発散を防止する。
S117:映像の表示終了か否かを判定し、継続する場合はS111に戻り、上記処理を繰り返す。
hg=R・θpitch (ただし、θpitch<<1) (5-1)
dhg/dt(=Vz)=R・(dθpitch/dt) (5-2)
d2hg/dt2(=αz)=R・(d2θpitch/dt2) (5-3)
(5-2)もしくは(5-3)式より回転半径Rを求め、(5-1)式に代入することでhgが求まる。
hd=hg・(R-L)/R (5-4)
オブジェクトの表示位置の補正では、回転ブレ量であるθpitchとシフトブレ量であるhdに応じてオブジェクト位置をずらして表示する。
S201:ジャイロセンサ43から3軸方向の角速度(ωroll,ωyaw,ωpitch)を取得する。
S203:フィルタ処理したωpitchを微分し、dωpitch/dtを算出する。
S205:鉛直成分の加速度αzをフィルタ処理し(HPFで重力加速度を除去、LPFで高周波ノイズ除去)、さらに積分して鉛直方向の速度Vzを算出する(減衰係数を掛け、発散を防止)。
S207:視点検出装置20でジャイロ・加速度センサ43,42と運転者5間の距離Lを測定する。
S209:回転ブレ量θpitchとシフトブレ量hdに応じてオブジェクトの表示位置を変更する。
S210:表示終了か否かを判定し、継続する場合はS201に戻り、上記処理を繰り返す。
hga=Ra・θpitch(ただし、θpitch<<1) (6-1a)
hgb=Rb・θpitch(ただし、θpitch<<1) (6-1b)
dhga/dt=Ra・(dθpitch/dt) (6-2a)
dhgb/dt=Rb・(dθpitch/dt) (6-2b)
d2hga/dt2=Ra・(d2θpitch/dt2) (6-3a)
d2hgb/dt2=Rb・(d2θpitch/dt2) (6-3b)
Ra-Rb=D ・・・(6-4)
(6-2a),(6-2b)式もしくは(6-3a),(6-3b)式より回転半径Ra、Rbを求める。
(dhga/dt)/Ra=(dhgb/dt)/Rb (6-5)
ここで、速度成分(dhga/dt)=Va、(dhgb/dt)=Vbとおくと、(6-4),(6-5)式より、
Ra=D・Va/(Va-Vb) (6-6a)
Rb=D・Vb/(Va-Vb) (6-6b)
となり、回転半径Ra、Rbが求まる。
(d2hga/dt2)/Ra=(d2hgb/dt2)/Rb (6-7)
ここで、加速度成分(d2hga/dt2)=αa、(d2hgb/dt2)=αbとおくと、(6-4),(6-7)式より
Ra=D・αa/(αa-αb) (6-8a)
Rb=D・αb/(αa-αb) (6-8b)
となり、回転半径Ra、Rbが求まる。
hd=hga・(Ra-L)/Ra (6-9)
オブジェクトの補正では、回転ブレ量θpitchとシフトブレ量hdに応じてオブジェクト位置をずらして表示する。上記変形例によれば、回転半径Rを求めるにあたりジャイロセンサ43の値を使用する必要がない。
2:車両、
3:ウィンドシールド、
5,5’:運転者(運転者の目)、
8:虚像、
10:HUD装置、
11,21,31:制御部、
20:視点検出装置、
30:前方センシング装置、
42:加速度センサ、
43:ジャイロセンサ、
51:映像表示装置、
80:映像表示範囲、
81,82:表示オブジェクト、
132:映像データ生成部。
Claims (8)
- 車両に搭載し該車両の前方に映像を表示するヘッドアップディスプレイ装置と、前記車両の前方の物体を検出する前方センシング装置とを備えたヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記ヘッドアップディスプレイ装置には、映像データを生成する映像データ生成部と、
前記映像データの映像光を出射する映像表示部を有し、
前記映像データ生成部が生成する映像データには、映像表示範囲内の定位置に表示する常時表示オブジェクトと、前記前方センシング装置で検出した特定の物体に重ねて表示する実景重畳オブジェクトがあり、
前記車両には、該車両の振動を検出するためにジャイロセンサが設置されており、
前記映像データ生成部は、前記ジャイロセンサにより取得した2軸方向の角速度情報をもとに、前記映像表示部により表示するオブジェクトの表示位置のピッチング補正を行うものであって、
前記車両が傾いた状態でカーブ走行する場合、前記常時表示オブジェクトについてはピッチング補正を抑制または中止し、前記実景重畳オブジェクトについてはオブジェクトの表示を暗くまたは中止することを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 請求項1に記載のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記常時表示オブジェクトの補正について、
前記ジャイロセンサにより取得したヨー方向の角速度|ωyaw|が閾値ω0より小さい場合はG=1に漸近し、前記|ωyaw|が前記閾値ω0より大きい場合はG=0に漸近する減衰項Gと、前記ジャイロセンサで検出されたピッチ角度とを掛け算することでピッチング補正を行うことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 請求項2に記載のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記常時表示オブジェクトについては、前記減衰項GがG=0に漸近する場合、ピッチング補正を行わないことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 請求項1に記載のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記実景重畳オブジェクトの補正について、
前記ジャイロセンサにより取得したヨー方向の角速度|ωyaw|が閾値ω0より小さい場合はG=1に漸近し、前記|ωyaw|が前記閾値ω0より大きい場合はG=0に漸近する減衰項Gと、前記実景重畳オブジェクトの変更前の表示の明るさを掛け算することで明るさ補正を行うことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 請求項4に記載のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記実景重畳オブジェクトについては、前記減衰項GがG=0に漸近する場合、オブジェクトの表示を中止することを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 車両に搭載し該車両の前方に映像を表示するヘッドアップディスプレイ装置と、前記車両の前方の物体を検出する前方センシング装置とを備えたヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記ヘッドアップディスプレイ装置には、映像データを生成する映像データ生成部と、
前記映像データの映像光を出射する映像表示部を有し、
前記映像データ生成部が生成する映像データには、映像表示範囲内の定位置に表示する常時表示オブジェクトと、前記前方センシング装置で検出した特定の物体に重ねて表示する実景重畳オブジェクトがあり、
前記車両には、該車両の振動を検出するためにジャイロセンサが設置されており、
前記映像データ生成部は、前記ジャイロセンサにより取得した3軸方向の角速度情報をもとに、前記映像表示部により表示するオブジェクトの表示位置のピッチング補正を行うものであって、
前記ジャイロセンサで取得した角速度のピッチング成分ωpitch、ヨー成分ωyaw、ロール成分ωrollに対し、ロール成分ωrollについては時間積分してロール角度θrollとしたとき、
ωc’=ωpitch-ωyaw・tanθroll
より角速度ωc’を求め、前記常時表示オブジェクトと前記実景重畳オブジェクトの表示位置のピッチング補正を行うことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 車両に搭載し該車両の前方に映像を表示するヘッドアップディスプレイ装置と、運転者の視点位置を検出する視点検出装置とを備えたヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記ヘッドアップディスプレイ装置には、映像データを生成する映像データ生成部と、
前記映像データの映像光を出射する映像表示部を有し、
前記車両には、該車両の振動成分として回転ブレとシフトブレを検出するためにジャイロセンサと加速度センサが設置されており、
前記映像データ生成部は、前記ジャイロセンサにより取得した角速度情報と、前記加速度センサにより取得した加速度情報をもとに、前記映像表示部により表示するオブジェクトの表示位置の補正を行うものであって、
前記加速度センサにおける鉛直変位が前記車両の回転ブレにより生じたとみなした場合の回転半径を求め、前記視点検出装置により検出した前記運転者の視点位置の情報から、前記運転者の位置における前記車両の回転ブレとシフトブレを算出し、オブジェクトの表示位置の補正を行うことを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。 - 請求項7に記載のヘッドアップディスプレイシステムにおいて、
前記加速度センサを前記車両の前後位置に2個設置し、前記2個の加速度センサの鉛直変位から前記回転半径を求めることを特徴とするヘッドアップディスプレイシステム。
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