JPWO2016042599A1 - 前照灯用光軸制御装置 - Google Patents

Abstract

前照灯用光軸制御装置１０の制御部１５は、予め設定された上下方向および前後方向の基準加速度の情報を有し、加速度センサ２によって車両の走行中に検出された上下方向の加速度信号と上下方向の基準加速度との差分に対する、車両の走行中に検出された前後方向の加速度信号と前後方向の基準加速度との差分の比から路面に対する車両の傾斜角度である車両角度を算出し、前後方向の差分を第一軸に設定すると共に車両角度を第二軸に設定した座標上に当該算出した車両角度を複数個プロットして前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度を導出し、当該導出した車両角度に基づいて前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸を操作する信号を生成する。

Description

この発明は、加速度センサによって検出された加速度信号を用いて、車載用前照灯の光軸を制御する前照灯用光軸制御装置に関するものである。

車両に搭載される前照灯において、高いデザイン性および高級感を醸し出しながら、夜間走行時の安全性を高めるために、光源として従来のハロゲン電球に代替して、明るい放電灯あるいは任意の方向を明るく照らすＬＥＤ（発光ダイオード）が普及している。

上記明るい光源を車両に搭載するにあたっては、例えば、後部座席に搭乗者が乗車、あるいは、トランクに荷物を積載して車両の後部が下がって傾いたとき、換言すれば、車両の前部が上がって前照灯の照射方向が上方に傾いたときには、対向車を運転するドライバを眩惑しないように、また、当前照灯に対峙する歩行者に不快感を与えないように、前照灯の照射方向、つまり前照灯の光軸を下げて、路面に対する光軸を一定に維持する必要がある。要するに、上記明るい光源を使用する車両には、少なくとも搭乗者の乗車あるいはトランクへの荷物の積載によって車両が傾き前照灯の照射方向が上方に変化したときに、当前照灯の照射方向を下げて、変化前の照射方向に戻す前照灯用光軸制御装置の搭載が必須となっている。
なお、搭乗者の乗車あるいは荷物の積載は、車両が停車しているときに行われるものであり、車両が停車しているときの光軸制御が、当前照灯用光軸制御装置の主な制御となる。

ところで、前照灯の光軸制御は、上記のように車両が前後方向に傾斜したときに前照灯の照射方向をもとの方向に戻すべく、路面に対する車両の傾斜角度の変化を相殺するように光軸を上下に操作するものであるため、まず、路面に対する車両の傾斜角度を測定する必要がある。

従来は、車両前後のサスペンション（懸架装置）に取り付けられたストロークセンサを使用して、前後のサスペンションの縮み量、つまり前後の車軸部の沈み込み量を計測し、当前後の沈み込み量の差分とホイールベースの長さとに基づいて、路面に対する車両の傾斜角度を算出していた。

昨今においては、上記サスペンションに取り付けられたストロークセンサを使用する構成以外に、例えば特許文献１のような、加速度センサを使用する構成が検討されている。当加速度センサを使用する構成においては、停車中の車両の傾斜角度の変化を検出することは容易であり、初期の傾斜角度に対して搭乗者の乗り降り等による変化量を累積して現時点の傾斜角度を得ることは容易である。その一方で、当加速度センサの出力にはオフセットおよび当オフセットの経時変化が存在し、上記累積して得た傾斜角度には累積誤差が潜在するため、検出値および変化を累積して得た傾斜角度の確度が低いという問題がある。そのため、前照灯の光軸を長期間にわたって正しい角度に安定して維持するためには、加速度センサによって検出された加速度に対し、何らかの補正を加えて確度を確保する必要がある。

上記特許文献１の光軸制御装置は、車両の前後方向と上下方向の２軸の加速度センサを使用しながら、路面に対する車両の傾斜角度の確度を高め、好適な前照灯の光軸制御を行うために、車両が停車しているときの光軸制御以外に、車両が走行しているときにも加速度を検出して光軸制御を行っている。上記特許文献１の光軸制御装置は、車両が走行しているときに検出した加速度を使用して、加速度の変化方向を時間ごとに求める、あるいは検出タイミングが異なる二つの加速度から加速度の変化方向を求めることで、路面に対する車両の傾斜角度を算出し、当路面に対する傾斜角度の変化に基づいて光軸を制御している。

特開２０１２−１０６７１９号公報

実際の車両においては、加速するときは車両の前方が上がるか後方が下がる方向に傾斜が変化し、減速するときに車両の前方が下がるか後方が上がる方向に傾斜が変化する。そのため、加減速するときの加速度の変化方向は、直線状にはならない。
しかしながら、上記特許文献１では、車両が加速しても減速しても、路面に対する車両の傾斜角度が変化しないことを前提としており、加減速するときの加速度の変化方向を、特許文献１の図４および図６のように直線近似して求めている。つまり、上記特許文献１の方法で求めた傾斜角度には、車両が加減速することによって変化した傾斜が含まれていないため、確度が低いという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、車両が加減速することによって変化した傾斜を考慮することにより、路面に対する車両の傾斜角度の確度を高めることを目的とする。

この発明に係る前照灯用光軸制御装置は、車両に搭載された加速度センサによって検出された上下方向および前後方向の加速度信号を用いて、路面に対する車両の傾斜角度を示す車両角度を算出し、前照灯の光軸を操作する信号を生成する制御部を備え、制御部は、予め設定された上下方向および前後方向の基準加速度の情報を有し、加速度センサによって検出された車両の走行中の上下方向の加速度信号と上下方向の基準加速度との差分に対する、車両の走行中の前後方向の加速度信号と前後方向の基準加速度との差分の比から車両角度を算出し、前後方向の加速度信号と基準加速度との差分を第一軸に設定すると共に車両角度を第二軸に設定した座標上に当該算出した車両角度を複数個プロットして前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度を導出し、当該導出した車両角度に基づいて前照灯の光軸を操作する信号を生成するものである。

この発明によれば、走行中に検出された加速度信号を複数使用して、前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度、つまり停車中または等速走行中の車両角度を導出するようにしたので、車両が加減速することによって車両の傾斜が変化しても確度の高い車両角度を得ることができる。また、加速度変化量を使用するようにしたので、加速度センサの出力に潜在するオフセットおよび当オフセットの経時変化による影響を少なくでき、長期にわたって安定した車両角度を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の車両搭載例を示す図である。 実施の形態１において加速度と車両角度の関係を説明する図である。 実施の形態１において加速度と車両角度の関係を説明する図であり、加速度の大きさによって車両角度が異なる様子を示す。 実施の形態１において加減速により変化する車両の傾斜を説明する図である。 実施の形態１においてＸ軸方向の加速度変化量に対する車両角度の関係を示すグラフである。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１において加速度センサに潜在するオフセットを説明する図である。 実施の形態１において加速度センサに潜在するオフセットの経時変化を説明する図である。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置によるオフセット補正方法を説明する図である。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の初期設定方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の初期設定方法を説明する図である。 実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置の取り付け角度の設定方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る前照灯用光軸制御装置が車両角度の算出に使用する範囲を説明する図である。 実施の形態３において車両が振動したときの加速度の変化を説明する図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置１０の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る前照灯用光軸制御装置１０は、電源部１１、加速度信号入力部１２、速度信号入力部１３、車両情報入力部１４、および制御部１５を含んでいる。制御部１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６、半導体メモリ等で構成された記憶部１７、および光軸操作信号出力部１８を含んでいる。

図２は、前照灯用光軸制御装置１０を車両７に搭載した例を示す図である。車両７には、光軸の方向を調整する光軸操作装置６Ｌ，６Ｒを備えた左側の前照灯５Ｌおよび右側の前照灯５Ｒと、加速度センサ２と、車速センサ３と、前照灯用光軸制御装置１０とが設置されている。加速度センサ２は、車両７に加わる前後方向の加速度と、車両７に加わる上下方向の加速度を検出して、加速度信号を出力する。車速センサ３は、車両７の車速を検出し、速度信号を出力する。

図２（ａ）の例では、前照灯用光軸制御装置１０と加速度センサ２とが別体で構成されている。図２（ｂ）の例では、前照灯用光軸制御装置１０の内部に加速度センサ２が収容されて一体に構成されている。図２（ｃ）の例では、加速度センサ２と一体に構成された前照灯用光軸制御装置１０が、他の車載電装品８の内部に収容されている。

前照灯用光軸制御装置１０は、車両７の前方を照らす左右の前照灯５Ｌ，５Ｒの上下方向の光軸を一定に保つものである。
電源部１１は、車載バッテリ１の電源を制御部１５へ供給する。加速度信号入力部１２は、加速度センサ２が出力した前後・上下方向の加速度信号をＣＰＵ１６へ入力する。速度信号入力部１３は、車速センサ３が出力した速度信号をＣＰＵ１６へ入力する。車両情報入力部１４は、イグニッションスイッチ、ライティングスイッチ、あるいはディマースイッチ等で構成された車両７のスイッチ４に対してドライバが行った操作内容を示す車両情報を、ＣＰＵ１６へ入力する。ＣＰＵ１６は、前後・上下方向の加速度信号と速度信号を用いて、路面に対する車両７の傾斜角度（以下、車両角度とも呼ぶ）を算出し、傾斜角度の変化を相殺するための光軸操作信号を生成する。光軸操作信号出力部１８は、ＣＰＵ１６が算出した光軸操作信号を光軸操作装置６Ｌ，６Ｒへ出力する。

光軸操作装置６Ｌ，６Ｒは、前照灯用光軸制御装置１０から入力される光軸操作信号に応じて、前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸の角度を操作することによって、車両７の傾斜角度の変化を相殺するように光軸制御を行う。これにより、車両７の傾斜角度が変化しても光軸が一定に保たれる。

図３および図４は、加速度と車両角度の関係を説明する図である。
本発明の説明においては、車両７の上下方向をＺ軸、車両７の前後方向をＸ軸とした加速度の計測系を使用し、図３（ａ）および図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、車両７（当計測系）に加わる加速度の方向と大きさをばねに吊り下げた錘の位置によって表現する。
また、路面に接地した前後左右それぞれの車輪の中心点を４個の頂点とした平面状の四角形を仮想的な台車としてみれば、当仮想的な台車の面は路面に対して平行になることを念頭において、図３（ｂ）には、車両７の当仮想的な台車（即ち道路側）から見た、当車両７に加わる加速度（ばねに吊り下げた錘）の挙動を示す。なお、当図においては、当仮想的な台車の上下方向をＺα軸、前後方向をＸα軸とする。

また、図４（ａ）は停車時であって加速度が零、図４（ｂ）〜図４（ｄ）は走行時であって加速度が図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）の順に大きくなる様子を示す。加速度が大きくなるにつれ、車両７の回転（矢印１０１で示す）も大きくなる。

図３（ｂ）に示すように、仮想的な台車（即ち道路側）から車両７に加わる加速度（ばねに吊り下げた錘）を見た場合、車両７が加速するときには、水平な道路でも坂道でも、錘は道路面に対して平行に移動する。つまり、走行による加速度の変化は路面に平行な矢印１００のようになる。
一方、図３（ａ）に示すように、計測系から車両７に加わる加速度（ばねに吊り下げた錘）を見た場合、車両７の加速によって、錘は、車両７の計測系の前後方向のＸ軸とは異なる方向に移動する。このとき、前後方向のＸ軸と車両７の加速による錘の移動方向（矢印１００）とがなす角度θが、路面に対する車両７（計測系）の傾斜角度、つまり車両角度となる。

従って、車両７に設置された加速度の計測系においては、予め設定した錘の位置を基準にして、道路面に対して平行に移動する錘の移動方向を観測すれば、走行している道路の勾配に関係なく車両角度を算出することができる。
換言すれば、車両７に設置された加速度の計測系においては、下式（１）のように、予め設定したＺ，Ｘ軸上の加速度を基準にして、道路面に対して平行に移動するＺ，Ｘ軸の加速度の変化を観測すれば、走行している道路の勾配に関係なく車両角度を算出することができる。

θ＝ｔａｎ^−１（ΔＺ／ΔＸ） （１）

ここで、図４に示すように、加速度計測系の計測上の原点をＯとし、錘の位置を計測上の基準点Ｐとし、計測上の原点ＯからのＸ，Ｚ軸方向の加速度をＸ，Ｚとする。直前の錘の位置を実質的な基準点Ｐ１とすると、Ｘ軸の加速度の変化量ΔＸは、加速度センサ２が検出した前後方向の加速度Ｘと、実質的な基準点Ｐ１となる前後方向の加速度との差分である。Ｚ軸の加速度の変化量ΔＺは、加速度センサ２が検出した上下方向の加速度Ｚと、実質的な基準点Ｐ１となる上下方向の加速度との差分である。

図５（ｃ）は上記図４の補足であり当図に示すように、実際の車両７が加速するときには、車両７が矢印１０１で示す方向に回転角度θ１だけ回転し、車両７の前方が上がるか後方が下がる方向に傾斜する。減速するときには、図５（ａ）に示すように車両７の前方が下がるか後方が上がる方向に傾斜する。図５（ｂ）は、車両７が停車している状態、あるいは等速走行している状態を示す。

つまり、上記図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、および、図５に示すように、車両角度θには、車両７が加減速することによって変化した傾斜（回転角度θ１）が含まれる。
そのため、Ｚ，Ｘ軸１組の加速度から得た車両角度θの確度は低い。従って、前照灯の光軸制御に、Ｚ，Ｘ軸１組の加速度から得た車両角度θをそのまま使用することは適切ではない。

そこで、実施の形態１では、車両７が加減速することによって車両７の傾斜が変化した場合でも確度の高い車両角度を得るために、走行中のＺ，Ｙ軸の加速度を複数組使用する。

実施の形態１では、車両角度θは、下式（１Ａ）により算出される。
ここで、図４に示すように、停車時あるいは等速走行時（つまり、加速度が零のとき）の錘の位置を基準点Ｐ０とし、基準となる加速度として、車両７が停車しているときの車両７に加わる上下方向の加速度Ｚ０と、前後方向の加速度Ｘ０を使用する。車両７が走行しているときに加速度センサ２が検出する上下方向の加速度をＺｎ、前後方向の加速度をＸｎとすると、車両角度θは、式（１Ａ）より求まる。これにより、走行している道路の勾配による影響を受けることなく車両角度を算出することができる。

θ＝ｔａｎ^−１（ΔＺ０／ΔＸ０） （１Ａ）
即ち、ΔＺ０＝Ｚｎ−Ｚ０，ΔＸ０＝Ｘｎ−Ｘ０である。

図４（ａ）において、停車時あるいは等速走行時の錘の位置（基準点Ｐ０）は、路面に対する計測軸（Ｘ軸）の傾斜角度θ３と、水平面に対する路面の傾斜角度θ４との合計角度θ２である。

例えば、ＣＰＵ１６が、車速センサ３の速度信号に基づいて車両７が停車しているか否かを判断し、停車していると判断したときの加速度センサ２の加速度信号を、基準となる加速度として記憶部１７に記憶しておく。光軸制御時、ＣＰＵ１６は、速度信号に基づいて車両７が走行していると判断したとき、記憶部１７に記憶されている加速度を基準に用いて、新たに加速度センサ２から入力される加速度信号から車両角度θを算出する。

図６は、Ｘ軸方向の加速度変化量ΔＸ０に対する車両角度θを示すグラフである。
ＣＰＵ１６は、Ｘ軸方向の加速度変化量ΔＸ０を第一軸に設定し、車両角度θを第二軸に設定した座標上に、走行中に加速度センサ２が検出したＺ，Ｘ軸方向の加速度を用いて算出した車両角度θをプロットする。図６の星印は、プロットした車両角度θを示す。Ｘ軸方向の加速度変化量ΔＸ０は、加速度センサ２によって検出されたＸ軸方向の加速度信号Ｘｎと、基準となる加速度Ｘ０との差分である。
ＣＰＵ１６は、プロットした複数個の車両角度θによって形成される、代表的な直線１１０あるいは曲線を導く。ＣＰＵ１６は、導いた直線１１０上の加速度変化量ΔＸ０が零に位置する値を、車両７が停車しているとき、あるいは等速度で走行しているときの車両角度θ５（以下、停車中の車両角度と呼ぶ）として扱う。

なお、上記代表的な直線１１０あるいは曲線とは、算出された車両角度θが２個であれば、両者を通る直線あるいは曲線であり、算出された車両角度θの個数が多ければ、最小２乗法等の算術的な手法で導けばよい。
ちなみに、上記加速度に対する車両角度θの代表的な特性が曲線状になるのは、車両７のサスペンションに使用するばねの特性が非線形であることが要因の一つである。

図６に示した算出方法においては、加速度の変化量を使用して停車中の車両角度θ５を求めているため、加速度センサ２の加速度信号に存在するオフセットの影響がなく、当オフセットが経時的に変化しても問題ない。
加速度センサ２のオフセットとその経時変化については、後述する。

次に、図７のフローチャートを用いて、前照灯用光軸制御装置１０の動作を説明する。
ＣＰＵ１６は、電源が投入されて動作を開始すると、図７のフローチャートを実施する。

ＣＰＵ１６は、まず、加速度信号入力部１２を介して加速度センサ２から入力される上下・前後方向の加速度信号を取得する（ステップＳＴ１）。続いてＣＰＵ１６は、速度信号入力部１３を介して車速センサ３から入力される速度信号に基づいて、車両７が停車中か走行中かを判定する（ステップＳＴ２）。図７の動作例では、車両７が停車しているときの光軸制御（ステップＳＴ３〜ＳＴ９）と、車両７が走行しているときの光軸制御（ステップＳＴ１２〜ＳＴ１６）とを切り替えて行う。

車両７が停車しているとき（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１６は、ステップＳＴ１で取得した加速度信号を使用して、水平方向に対する車両７の傾斜角度（対水平車両角度）を算出する（ステップＳＴ３）。加速度センサの出力を使用する対水平車両角度の算出方法は、周知の方法を用いればよいため、説明を省略する。

ＣＰＵ１６は、停車中に搭乗者の乗り降り、あるいは荷物の積み下ろしによって車両７の傾斜が変化したか否かを判定するために、変化前の対水平車両角度が記憶部１７に記憶されているか否かを示す１回目フラグを持つ。
ＣＰＵ１６は、１回目フラグがセットされているか否かを確認し（ステップＳＴ４）、１回目フラグがセットされていない場合（ステップＳＴ４“ＹＥＳ”）、１回目フラグをセットし（ステップＳＴ５）、ステップＳＴ３で算出した対水平車両角度を１回目対水平車両角度として記憶部１７に記憶させ（ステップＳＴ６）、ステップＳＴ１に戻る。

１回目フラグがセットされている場合（ステップＳＴ４“ＮＯ”）、ＣＰＵ１６は、記憶部１７から１回目対水平車両角度を読み出し、ステップＳＴ３で算出した対水平車両角度を減じて、傾斜角度差を算出する（ステップＳＴ７）。傾斜角度差が有る場合（ステップＳＴ８“ＹＥＳ”）、搭乗者の乗り降り、あるいは荷物の積み下ろし等によって車両７の傾斜が変化し光軸も変化しているため、ＣＰＵ１６は車両角度と傾斜角度差とを加算して、変化後の車両角度を算出する（ステップＳＴ９）。傾斜角度差が無い場合（ステップＳＴ８“ＮＯ”）、車両７の傾斜角度は変化しておらず光軸も変化していないため、ステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ１０は、搭乗者の乗り降り、あるいは荷物の積み下ろし等によって車両７の対水平車両角度が変化したときに、光軸が初期位置に戻るように、当変化した角度を相殺する光軸操作角度を求める処理である。
ステップＳＴ１０において、ＣＰＵ１６は、車両７が停車した直後（停車後１回目）の対水平車両角度に対して、その後（停車後２回目以降）の対水平車両角度が変化したときに、変化した傾斜角度差を相殺した上で初期位置に戻す光軸操作角度を算出し光軸制御に使用する。ちなみに、停車後１回目の対水平車両角度は、搭乗者の乗り降り、あるいは荷物の積み下ろし等がない、走行しているときの車両角度に対応する角度であり、停車中の傾斜角度の変化を観測するための基準として好都合である。

停車中の光軸制御においては、例えば、予め車両７を水平な路面に停車させて、光軸を俯角側に１％（光軸が１００ｍ前方で１ｍ下がる角度）に設定しておく。設定後は、搭乗者の乗り降り、あるいは荷物の積み下ろし等によって変化する車両角度の差分に応じて、前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸が初期位置（俯角側１％）に戻るように、車両角度の変化量を相殺する方向に光軸を操作することができる。

一例として、光軸操作角度は、予め記憶部１７に記憶されている光軸補正角度と、予め記憶部１７に記憶されている車両角度基準値と、ステップＳＴ８で算出した車両角度とから求まる。（車両角度基準値−車両角度）により車両角度の変化量が相殺され、この値に（光軸補正角度＋車両角度基準値）が加算されることで光軸が初期位置に戻る。
光軸補正角度および車両角度基準値は後述する。

ＣＰＵ１６は、ステップＳＴ１０で求めた光軸操作角度から光軸操作信号を生成し、光軸操作信号出力部１８を介して光軸操作装置６Ｌ，６Ｒへ出力する（ステップＳＴ１１）。光軸操作装置６Ｌ，６Ｒは、光軸操作信号に従って前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸を操作する。

他方、車両７が走行しているとき（ステップＳＴ２“ＮＯ”）、ＣＰＵ１６は、１回目フラグをリセットする（ステップＳＴ１２）。続いてＣＰＵ１６は、ステップＳＴ１で取得した走行時の加速度信号を使用して上式（１Ａ）より車両角度θを算出し、図６に示した加速度変化量に対する車両角度の座標上に車両角度θをプロットして直線１１０を求める。ＣＰＵ１６は、この座標において、前後方向の加速度変化量が零のときに相当する直線１１０上の値を、車両７が停車しているときの車両角度θ５とする（ステップＳＴ１３）。

車両角度θの有効なプロット数が足らず停車中の車両角度θ５を算出できなかった場合（ステップＳＴ１４“ＮＯ”）、ＣＰＵ１６はステップＳＴ１へ戻る。
一方、停車中の車両角度θ５を算出できた場合（ステップＳＴ１４“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１６はステップＳＴ１５へ進む。
このステップＳＴ１５は、加速度センサ２のオフセットと感度の補正を行うステップであり、その処理は後述する。

ステップＳＴ１５の後、ＣＰＵ１６は、ステップＳＴ１３で算出した停車中の車両角度を車両角度として用いて（ステップＳＴ１６）、ステップＳＴ１０にて光軸操作角度を算出し、ステップＳＴ１１にて光軸操作信号を生成し光軸操作信号出力部１８を介して光軸操作装置６Ｌ，６Ｒへ出力する。
このように、走行中の車両７に加わるＸ，Ｚ軸方向の加速度を複数使用して、Ｘ軸方向の加速度変化量が零のとき、つまり停車中または等速走行中の車両角度を算出することで、走行する道路の勾配による影響、ならびに加減速することにより変化する車両７の傾斜の影響を受けることなく、停車中の車両角度を導くことができる。

次に、ステップＳＴ１５の加速度センサ２のオフセットと感度の補正方法を説明する。
上述したように、加速度センサ２の出力にはオフセットが潜在し、そのオフセットは経時的に変化する可能性がある。また、車両７が停車しているときの対水平車両角度を使用する光軸制御（ステップＳＴ３〜ＳＴ９）は変化した角度を延々と蓄積する方式であるため、誤差が蓄積する可能性がある。そのため、対水平車両角度を使用する光軸制御においては、経時的に光軸がずれる可能性がある。

ここで、図８を用いて加速度センサ２のオフセットを説明し、図９を用いてオフセットの経時変化を説明する。図８は、加速度センサ２初期設定時の、鉛直方向および水平方向から見た計測系と錘を説明する図であり、縦軸が鉛直方向、横軸は水平方向である。Ｘ軸とＺ軸の交点が加速度センサ２の原点であり、鉛直方向と水平方向の交点が車両７（計測系）からみた計測上の原点Ｏである。

車両７に対する加速度センサ２の取り付け角度が既知の場合、Ｘ軸方向のオフセットＸｏｆｆとＺ軸方向のオフセットＺｏｆｆは、下式（２）、（３）で表される。
Ｘｏｆｆ＝Ｘ−｛１・ｓｉｎ（θｏｆｆ）｝ （２）
Ｚｏｆｆ＝Ｚ−｛１・ｃｏｓ（θｏｆｆ）｝ （３）
ここで、鉛直方向に対する取り付け角度のずれ（既知）をθｏｆｆ、重力加速度を１Ｇ、加速度センサ２が検出する加速度信号をＸ，Ｚとする。

長時間が経過すると、車両７の走行振動等により、図９の矢印１２０で示すように車両７（計測系）に対する加速度センサ２の取り付け位置および取り付け角度がずれていく。これにより、オフセットＸｏｆｆ，Ｚｏｆｆが変化し、停車時の加速度信号から求まる対水平車両角度もずれてしまう。オフセットを修正するためには、オフセットの変化による車両角度のずれをΔθｏｆｆとした場合にΔθｏｆｆ＝０となるようにＸｏｆｆ，Ｚｏｆｆを増減する必要がある。
オフセットＸｏｆｆ，Ｚｏｆｆの修正により、計測上の原点ＯがＯ１に修正され、車両角度のずれもΔθｏｆｆ＝０に修正される。

実施の形態１では、経時的に変化する加速度センサ２のオフセットの影響を軽減するために、ステップＳＴ１５でオフセットを修正する。ステップＳＴ１５においてＣＰＵ１６は、停車中の対水平車両角度がステップＳＴ１３で得られた停車中の車両角度と同等になるように、下記手段によって加速度センサ２の加速度信号のオフセットを修正する。

図１０は、ステップＳＴ１５のオフセット補正方法を説明する図である。グラフの縦軸は車両角度θ、横軸はＸ軸方向の加速度変化量ΔＸ０である。ただし、停車時の加速度信号から算出した車両角度θ（星印で示す）は、実際にはΔＸ０＝０の直線上に並ぶが、図１０では出現頻度を表現するために星印をΔＸ０軸方向へ積み上げたヒストグラムとして表現した。

水平方向に対する車両７の傾斜角度を確認するためには、車両７を水平な路面上に停車して、そのとき得られる加速度信号を使用することが最良ではあるが、ユーザに水平な路面を探させて対応させることは実現しがたい。そこで、ＣＰＵ１６は、車両７が停車しているときの加速度信号から算出した車両角度θを複数収集し、ステップＳＴ１５において収集した停車時の車両角度θを図１０のグラフのようにプロットして、平均的な、あるいは出現頻度が高い代表的な車両角度θ６を求める。この代表的な車両角度θ６を対水平車両角度に代用する。

上述したように、走行中の加速度信号から算出した停車中の車両角度θ５にはオフセットが含まれないため、この停車中の車両角度θ５と代表的な車両角度θ６との差分が、オフセットの変化による車両角度のずれΔθｏｆｆとなる。ＣＰＵ１６は、Δθｏｆｆ＝０となるように、つまり対水平車両角度が車両角度θ６と同等になるように、上式（２）、（３）のオフセットＸｏｆｆ，Ｚｏｆｆを増減する。ＣＰＵ１６は、修正したオフセットＸｏｆｆ，Ｚｏｆｆを記憶部１７に格納しておき、これ以降に加速度センサ２から入力される加速度信号のオフセットを補正して対水平車両角度の算出に使用する。
なお、オフセット修正のタイミングは、ステップＳＴ１５に限定されるものではない。

次に、図１１のフローチャートを用いて、前照灯用光軸制御装置１０の初期設定の方法を説明する。ここでは、図２（ｂ）または図２（ｃ）に示したように、加速度センサ２が前照灯用光軸制御装置１０に組み込まれた構成を例に用いる。
製造工場において、前照灯用光軸制御装置１０の完成後にＣＰＵ１６の１回目フラグをリセットしておく（ステップＳＴ２１）。作業者は、加速度センサ２が組み込まれた前照灯用光軸制御装置１０を３方向以上に傾け、加速度センサ２がその都度の上下・前後方向の加速度を測定して加速度信号を出力する（ステップＳＴ２２）。ＣＰＵ１６は、入力された加速度信号に基づいて、加速度センサ２のオフセットと感度を推定する（ステップＳＴ２３）。

ここで、図１２（ａ）は、初期設定時の、鉛直方向および水平方向から見た計測系と錘を説明する図であり、縦軸が鉛直方向、横軸は水平方向である。図１２（ｂ）に示すように、加速度センサ２を組み込んだ前照灯用光軸制御装置１０を回転させたとき、図１２（ａ）に示すように、加速度センサ２により検出された加速度（ばねに吊り下げされた錘）が描く円の中心がオフセット、円の大きさが感度である。

続いて作業者は、前照灯用光軸制御装置１０を水平な面上に固定し、前照灯用光軸制御装置１０に対する加速度センサ２の取り付け角度の設定を行う（ステップＳＴ２４）。前照灯用光軸制御装置１０は、外部から設定用信号が入力されると、ステップＳＴ２３の加速度センサ２のオフセットと感度と、ステップＳＴ２４の取り付け角度の設定値を記憶部１７に格納する。
なお、上記各種設定値を格納する設定用信号としては、外部装置との通信による設定信号の他に、たとえば、車両情報入力部１４に、特定の入力パターンを入力することで代用する。ちなみに、当特定な入力パターンとは、たとえば、変速機の選択レバーを「Ｒ」に設定、かつ、ライティングスイッチを「オン」に設定、かつ、パッシングスイッチの「オン」を３回繰り返す等の暗号的な組み合わせである。もちろん、入力パターン用の信号の組み合わせは上記以外でも構わない。

図１３に、取り付け角度の設定方法を示す。水平面上に固定された状態で、加速度センサ２が加速度を測定し（ステップＳＴ２４−１）、ＣＰＵ１６が対水平車両角度を算出し（ステップＳＴ２４−２）、算出した対水平車両角度を車両角度基準値として記憶部１７に格納する（ステップＳＴ２４−３）。最後に、ＣＰＵ１６は、光軸操作角度（取り付け角度設定時は０度とする）から車両角度基準値を減じて光軸補正角度を算出し、記憶部１７に格納する（ステップＳＴ２４−４）。取り付け角度設定時は、加速度センサ２が水平な面上に固定されているため、前照灯用光軸制御装置１０の出力する光軸操作角度として中央値（＝０度）を用いる。

ステップＳＴ２４−４の光軸補正角度＝（取り付け角度設定時の光軸操作角度−車両角度基準値）を変形すると、取り付け角度設定時の光軸操作角度＝（光軸補正角度＋車両角度基準値）となる。光軸補正角度と車両角度基準値は記憶部１７に格納され、図７のフローチャートにおいて使用される。

続いてＣＰＵ１６は、取り付け角度設定時の光軸操作角度から光軸操作信号を生成して出力する（ステップＳＴ２５）。作業者は、この光軸操作信号が正しい値になっているか確認する（ステップＳＴ２６）。

ステップＳＴ２７〜ＳＴ３０の処理は、車両の製造工場または整備工場において実施される。作業者は、前照灯用光軸制御装置１０を車両７に搭載し（ステップＳＴ２７）、車両７を水平な路面に停車した状態で車両７に対する加速度センサ２の取り付け角度の設定を行う（ステップＳＴ２８）。ステップＳＴ２８，ＳＴ２９の処理は、ステップＳＴ２４，ＳＴ２５と同じである。

ステップＳＴ２８では、図１３のステップＳＴ２４−１〜２４−４と同様の手順で取り付け角度設定を行う。作業者は、車両７を水平な路面に停車させて対水平車両角度、即ち、図８に示した加速度センサ２の取り付け角度のずれθｏｆｆを前照灯用光軸制御装置１０に認識させ、車両７に対する加速度センサ２の取り付け角度のずれを補正させる（ステップＳＴ２４−４の光軸補正角度の設定）。このθｏｆｆは記憶部１７に格納され、図７のフローチャートにおいて使用される。

以上の前照灯用光軸制御装置１０の電気的な設定を済ませた後で、作業者がスパナあるいはドライバを使用して前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸を機械的に調整することにより、光軸を初期位置（例えば、俯角側１％）に設定する（ステップＳＴ３０）。これにより、光軸操作角度（＝光軸補正角度＋車両角度基準値）が０度のとき、前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸が俯角側１％の初期位置になる。

以上より、実施の形態１によれば、前照灯用光軸制御装置１０の制御部１５は、予め設定された上下方向および前後方向の基準加速度の情報を有し、加速度センサ２によって検出された車両７の走行中の上下方向の加速度信号と上下方向の基準加速度との差分に対する、車両７の走行中の前後方向の加速度信号と前後方向の基準加速度との差分の比から車両角度を算出し、前後方向の差分を第一軸に設定すると共に車両角度を第二軸に設定した座標上に当該算出した車両角度を複数個プロットして前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度を導出し、当該導出した車両角度に基づいて前照灯５Ｌ，５Ｒの光軸を操作する光軸操作信号を生成する構成にした。走行中に検出された加速度信号を複数使用して、前後方向の加速度変化量が零のときの車両角度、つまり停車中または等速走行中の車両角度を導出するようにしたので、車両７が加減速することによって車両７の傾斜が変化しても確度の高い車両角度を得ることができる。また、加速度変化量を使用することにより、加速度センサ２の出力に潜在するオフセットおよび当オフセットの経時変化による影響を少なくでき、長期にわたって安定した車両角度を得ることができる。

また、実施の形態１によれば、制御部１５は、加速度センサ２によって検出された車両７が停車しているときの上下方向および前後方向の加速度信号を用いて、対水平車両角度を算出し、複数個の対水平車両角度から代表的な対水平車両角度を導き、代表的な対水平車両角度と前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度とが異なる場合に両者が等しくなるように加速度センサ２によって検出される加速度信号を補正する構成にした。このため、加速度センサ２に潜在するオフセットおよびその経時変化を修正することで、より確度の高い対水平車両角度を得ることができる。その結果、停車時にも安定した前照灯の光軸制御ができる前照灯用光軸制御装置１０を実現できる。

また、実施の形態１によれば、図２（ｂ）のように、加速度センサ２を前照灯用光軸制御装置１０と一体に構成することにより、配線を省略する等でき、簡素な構成の前照灯用光軸制御装置１０を実現できる。

また、実施の形態１によれば、図２（ｃ）のように、前照灯用光軸制御装置１０を光軸制御とは異なる機能の車載電装品８と一体に構成することにより、独立した前照灯用光軸制御装置１０が存在しないため、車両７に搭載されるシステム構成が簡素になる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、基準となる加速度として、車両７が停車しているときに加速度センさ２によって検出された車両７に加わる上下方向の加速度Ｚ０と、前後方向の加速度Ｘ０を使用したが、基準となる加速度はこれ以外であってもよい。
なお、実施の形態２に係る前照灯用光軸制御装置は、図面上は図１の構成と同じであるため、図１を援用して説明する。

例えば、ＣＰＵ１６は、基準となる加速度として、車両７が等加速度で走行しているときの、車両７に加わる上下方向の加速度Ｚｓと、前後方向の加速度Ｘｓを使用してもよい。
また例えば、ＣＰＵ１６は、基準となる加速度として、車両７が等速度で走行しているときの、車両７に加わる上下方向の加速度Ｚｃと、前後方向の加速度Ｘｃを使用してもよい。
また例えば、ＣＰＵ１６は、基準となる加速度として、予め設定した時間（例えば、１００ｍｓ）前に加速度センサ２が検出した上下方向の加速度Ｚ−１００と、前後方向の加速度Ｘ−１００を使用してもよい。

さらに、基準となる加速度として、複数の値を切り替えて使用してもよい。ＣＰＵ１６は、基準となる加速度として、走行開始から予め設定した時間（例えば、走行開始時の急加速が終わるまでの５秒間）はＺ０とＸ０を使用する。それ以降は、基準となる加速度として、Ｚ−１００とＸ−１００を使用しながら、車両７が等加速度で走行しているタイミングがあればＺｓとＸｓに切り替え、車両７が等速度で走行しているタイミングがあればＺｃとＸｃに切り替える等、適宜組み合わせても構わない。

図４（ｄ）に示したように、計測上の原点Ｏを基準とする「加速度Ｘ」、停車時あるいは等速走行時の加速度（基準点Ｐ０）を基準とする「加速度変化量ΔＸ０」、走行中の直前（例えば、１００ｍｓ）の加速度（基準点Ｐ１）を基準とする「実質的な加速度変化量ΔＸ」のうちのいずれを使用しても、それぞれの基準となる加速度は、加速度センサ２の感度が描く円周上に並び、加速度の変化がほとんど当円の接線方向に発生する。そのため、それぞれのＺ軸方向の変化量となる「加速度Ｚ」、「加速度変化量ΔＺ０」、および「実質的な加速度変化量ΔＺ」との比（ΔＺ０／ΔＸ０）にはほとんど影響しない。
従って、基準加速度は、ΔＸ０，ΔＺ０でもよいし、Ｘｓ，Ｚｓでもよいし、Ｘｃ，Ｚｃでもよいし、Ｘ−１００，Ｚ−１００でもよい。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、停車中の車両角度の算出に、加速度センサ２から入力された加速度信号をすべて使用していたが、本実施の形態３では、予め設定された範囲内の加速度信号のみ使用する構成とする。
なお、実施の形態３に係る前照灯用光軸制御装置は、図面上は図１の構成と同じであるため、図１を援用して説明する。

図１４は、実施の形態３に係る前照灯用光軸制御装置１０が車両角度の算出に使用する範囲２００を説明する図である。グラフの横軸はＸ軸方向の加速度変化量ΔＸ０、縦軸は車両角度θであり、走行中に検出された加速度信号から算出された車両角度θが星印でプロットされている。

図１５には、車両７が振動したときの加速度の変化を示す。車輪が溝に嵌ったり石に乗り上げたりして車両７が振動すると、加速度センサ２が出力する加速度信号には当振動による加速度２１０が重畳することがある。当振動による加速度２１０が重畳した場合、実際の加速度より大きな値の加速度信号、あるいは小さな加速度信号（マイナス側も含む）が出力される。その結果、振動があるときの加速度変化量２１１が、振動がないときの加速度変化量２１２からずれてしまう。
また、車両７が急加速あるいは急停車等して大きな加速度が検出されるときは、車両７の挙動も異常になることがある。一方、加速度が小さなときは、車両角度θを算出する上式（１Ａ）の分母となるΔＸ０が小さく、算出結果が異常になることがある。

従って、ＣＰＵ１６は、想定外に大きな加速度信号あるいは小さな加速度信号が入力された場合、当加速度信号から算出した車両角度θを、停車中の車両角度θ５の算出に使用しない。
ＣＰＵ１６は、例えば図１４の範囲２００のように、入力された加速度信号が−２Ｇから−０．５Ｇ、あるいは、０．５Ｇから２Ｇの間にあれば、それらの車両角度θから代表的な直線２０１あるいは曲線２０２を算出し、停車中の車両角度θ５を導く。一方、当範囲２００外の加速度信号の車両角度θは算出には使用しない。

また、範囲２００をさらに厳選してもよい。例えば、ＣＰＵ１６は、入力された加速度信号が、直前の加速度信号に対して１．１倍以上、あるいは０．９倍以下であるときは、当入力された加速度信号の車両角度θを、代表的な直線２０１あるいは曲線２０２の算出に使用しない。

また、上記説明では、前後方向の加速度信号に対して範囲２００を設定したが、上下方向の加速度信号に対して設定してもよい。

以上より、実施の形態３によれば、制御部１５は、加速度センサ２によって検出された上下方向および前後方向の少なくとも一方の加速度信号が予め設定された範囲外である場合、当該加速度信号を、前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度の導出に使用しない構成にした。このため、異常な加速度信号を排除することができ、確度の高い前照灯の光軸制御ができる前照灯用光軸制御装置１０を実現できる。

実施の形態４．
上記実施の形態３では、車両角度の算出に、予め設定された範囲内の加速度信号のみ使用したが、本実施の形態４では、車両の速度信号に基づいて使用可否を判断する構成とする。
なお、実施の形態４に係る前照灯用光軸制御装置は、図面上は図１の構成と同じであるため、図１を援用して説明する。

図１５において、車両７の振動による外乱がなければ、車速センサ３の速度信号を微分して得られる加速度変化量と、加速度センサ２の加速度信号から得られる加速度変化量２１２とが同等になる。
従って、速度信号から得た加速度変化量と、加速度信号から得た加速度変化量とが同等であれば、加速度信号には振動による加速度２１０が重畳されていないと判断でき、加速度センサ２の加速度信号の信憑性を確認することができる。即ち、両者の加速度変化量が同等であれば、加速度センサ２の加速度信号を停車中の車両角度の算出に使用しても問題はないと判断できる。

ＣＰＵ１６は、速度信号を微分して加速度変化量を算出すると共に、（ΔＺ０^２＋ΔＸ０^２）の平方根を演算して速度信号から得られる加速度変化量に相当する加速度信号の加速度変化量を求め、両者を比較する。
ちなみに、速度信号から得た加速度変化量と加速度信号から得た加速度変化量とが同等とは、例えば、０．９倍から１．１倍の範囲である。

以上より、実施の形態４によれば、制御部１５は、車両７の速度を加速度の変化量に変換し、当該変換した加速度の変化量と、加速度センサ２によって検出された上下方向および前後方向の加速度信号の変化量との差が、予め設定された範囲内である場合、当該加速度信号を、前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度の導出に使用する構成にした。このため、異常な加速度信号を排除することができ、確度の高い前照灯の光軸制御ができる前照灯用光軸制御装置１０を実現できる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る前照灯用光軸制御装置は、加速度センサを使用しながらも高い確度で前照灯の光軸を制御できるようにしたので、ＬＥＤ等の明るい光源を使用した前照灯の光軸制御装置などに用いるのに適している。

１ 車載バッテリ、２ 加速度センサ、３ 車速センサ、４ スイッチ、５Ｌ，５Ｒ 前照灯、６Ｌ，６Ｒ 光軸操作装置、７ 車両、８ 車載電装品、１０ 前照灯用光軸制御装置、１１ 電源部、１２ 加速度信号入力部、１３ 速度信号入力部、１４ 車両情報入力部、１５ 制御部、１６ ＣＰＵ、１７ 記憶部、１８ 光軸操作信号出力部。

Claims (7)

1. 車両に搭載された加速度センサによって検出された上下方向および前後方向の加速度信号を用いて、路面に対する前記車両の傾斜角度を示す車両角度を算出し、前照灯の光軸を操作する信号を生成する制御部を備えた前照灯用光軸制御装置であって、
   前記制御部は、予め設定された前記上下方向および前記前後方向の基準加速度の情報を有し、前記加速度センサによって検出された前記車両の走行中の前記上下方向の加速度信号と前記上下方向の基準加速度との差分に対する、前記車両の走行中の前記前後方向の加速度信号と前記前後方向の基準加速度との差分の比から車両角度を算出し、前記前後方向の加速度信号と基準加速度との差分を第一軸に設定すると共に車両角度を第二軸に設定した座標上に当該算出した車両角度を複数個プロットして前記前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度を導出し、当該導出した車両角度に基づいて前記前照灯の光軸を操作する信号を生成することを特徴とする前照灯用光軸制御装置。
2. 前記上下方向および前記前後方向の基準加速度は、
   前記加速度センサによって検出された、前記車両が停車しているときの前記上下方向および前記前後方向の加速度信号、
   あるいは、前記車両が等加速度で走行しているときの前記上下方向および前記前後方向の加速度信号、
   あるいは、前記車両が等速度で走行しているときの前記上下方向および前記前後方向の加速度信号、
   あるいは、予め設定された時間前の前記上下方向および前記前後方向の加速度信号であることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。
3. 前記制御部は、前記加速度センサによって検出された前記上下方向および前記前後方向の少なくとも一方の加速度信号が予め設定された範囲外である場合、当該加速度信号を前記前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度の導出に使用しないことを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。
4. 前記制御部は、前記車両の速度を加速度の変化量に変換し、当該変換した加速度の変化量と、前記加速度センサによって検出された前記上下方向および前記前後方向の加速度信号の変化量との差が、予め設定された範囲内である場合、当該加速度信号を前記前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度の導出に使用することを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。
5. 前記制御部は、前記加速度センサによって検出された前記車両が停車しているときの前記上下方向および前記前後方向の加速度信号を用いて、水平方向に対する前記車両の傾斜角度を示す対水平車両角度を算出し、複数個の前記対水平車両角度から代表的な対水平車両角度を導き、前記代表的な対水平車両角度と前記前後方向の加速度変化量が零のときに相当する車両角度とが異なる場合に両者が等しくなるように前記加速度センサによって検出される加速度信号を補正することを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。
6. 前記加速度センサと一体に構成されていることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。
7. 前記車両に搭載される車載電装品と一体に構成されていることを特徴とする請求項１記載の前照灯用光軸制御装置。

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