WO2021153345A1 - 座席姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

座席姿勢制御装置（１０１）は、車両の揺動に応じて座席（２０）の姿勢を制御する。各回転駆動部（３０１、３０２、３０３）は、ピッチ、ロール及びヨーの三方向に座席を回転駆動可能である。６軸の慣性計測ユニット（７０）は、座席（２０）に取り付けられ、三次元各軸の加速度、並びに、回転駆動部（３０１、３０２、３０３）による回転方向に対応するピッチ、ロール及びヨーの三方向の角加速度を計測する。駆動ユニット（８０）は、車両の進行方向前方の情報である前方情報を取得し、当該前方情報に基づいて、将来、車両が到達する地点で発生する車両揺動を予測する。駆動ユニット（８０）は、さらに慣性計測ユニット（７０）が検出した現在の座席（２０）の運動情報に基づき、車両揺動による座席の姿勢の変化を打ち消すように、フィードフォワード制御により回転駆動部（３０１、３０２、３０３）を制御する。

Description

座席姿勢制御装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２０年１月３１日に出願された特許出願番号２０２０－１５２０２号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、座席姿勢制御装置に関する。

　従来、車両の座席の姿勢を制御する装置が知られている。例えば特許文献１に開示された制御装置は、乗物の横回転位置、横回転速度、横回転加速度、横方向への加速度のいずれかを検出するセンサからの出力信号により、座席の座部を最適横回転位置に設定する。特許文献２に開示された傾斜制御装置は、座席にかかる加速度の向き及び大きさを検出する横加速度センサと、座席の座面が加速度の向きに実際上直角になるように、座席の傾きを制御する傾斜制御機構とを有する。

　また、特許文献１、２を従来技術として、特許文献３には、座席をヨー方向に回転させることなく横方向や前後方向について最適な揺動位置に移動させることが可能な車両の座席支持構造が開示されている。

特開平７－１４９１７１号公報 特開２０００－１６３０９８号公報 特開２０１９－１５６１４３号公報

　特許文献１、２の装置は、センサ情報を取得した後に座席の位置を動かすため、センサ信号のＡＤ変換による応答遅れやアクチュエータの動作遅れ等による位置制御の遅れが生じ、加速度を適時に吸収できない場合がある。そのため、乗員が頭部に不快な加速度を感じるおそれがある。さらに特許文献３の座席支持構造は、加速度を吸収するためにリンク機構やレールを使用して座席を移動させる必要があり、構成が複雑となる。

　本開示の目的は、位置制御の遅れを無くすことが可能な座席姿勢制御装置を提供することにある。

　本開示は、車両の揺動に応じて座席の姿勢を制御する座席姿勢制御装置であって、回転駆動部と、慣性計測ユニットと、駆動ユニットと、を備える。

　回転駆動部は、ピッチ、ロール又はヨーの三方向のうちいずれかの方向に座席を回転駆動可能であり、三方向のうち一方向以上に対応して一つから三つまで設けられる。慣性計測ユニットは、座席に取り付けられ、少なくとも三次元各軸の加速度、並びに、回転駆動部による回転方向に対応するピッチ、ロール又はヨーのうち一方向から三方向までの角加速度を計測する。駆動ユニットは、回転駆動部を制御する。

　駆動ユニットは、車両の進行方向前方の情報である「前方情報」を取得し、当該前方情報に基づいて、将来、車両が到達する地点で発生する車両揺動を予測する。例えば前方情報には、路面状況、前方車両の挙動、ダイナミックマップを含む地図情報等が含まれる。駆動ユニットは、さらに慣性計測ユニットが検出した現在の座席の運動情報に基づき、車両揺動による座席の姿勢の変化を打ち消すように、フィードフォワード制御により回転駆動部を制御する。

　本開示では、駆動ユニットが前方情報に基づいて将来の車両揺動を予測し、且つ現在の座席運動情報に基づき、フィードフォワード制御により回転駆動部を制御することで、位置制御の遅れを無くし、座席の姿勢をよりアクティブに制御することができる。これにより、乗員が頭部に不快な加速度を感じることを防ぎ、乗車中の快適性を向上させることができる。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態による座席姿勢制御装置の模式的な斜視図であり、 図２は、６軸慣性計測ユニット（ＩＭＵ）の模式図であり、 図３は、第２実施形態による座席姿勢制御装置の構成図であり、 図４は、第３実施形態による座席姿勢制御装置の構成図である。

　以下、座席姿勢制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の座席姿勢制御装置は、車両の揺動に応じて座席の姿勢を制御する装置である。

　（第１実施形態）
　図１を参照し、第１実施形態の座席姿勢制御装置１０１について説明する。図１の符号「２０」で表される部分は、座席姿勢制御装置１０１の被制御対象物を示し、座席自体、或いは、座席内部のインナーシェルに相当する。以下、インナーシェルを被制御対象物とする場合を含め、「座席姿勢制御装置１０１が座席２０の姿勢を制御する」と表現する。図１では座席２０の形状を単純化し、クッション２５及び背もたれ２６からなるＬ字状に示す。

　座席姿勢制御装置１０１は、三つの回転駆動部３０１、３０２、３０３、６軸の慣性計測ユニット（いわゆる「ＩＭＵ」）７０、駆動ユニット８０等を備える。以下、車両の左右方向をＸ軸、前後方向をＹ軸、上下方向をＺ軸と表す。Ｘ軸回りの回転はピッチ方向の回転であり、Ｙ軸回りの回転はロール方向の回転であり、Ｚ軸回りの回転はヨー方向の回転である。三つの回転駆動部３０１、３０２、３０３は、それぞれ、ピッチ、ロール及びヨーの三方向に座席２０を回転駆動可能である。

　第１実施形態の回転駆動部３０１、３０２、３０３は、電動モータ３１１、３１２、３１３を含んで構成されている。また、図示を省略するが、要求トルクに応じて電動モータの出力を減速する減速機が設けられる場合がある。減速機は、電動モータとは別体のギヤボックスで構成されてもよく、電動モータの内部で遊星歯車機構により一体に構成されてもよい。減速機が一体に設けられる構成や減速機が設けられない構成では、ほぼ「回転駆動部３０１、３０２、３０３」を「電動モータ３１１、３１２、３１３」と置き換えて解釈可能である。

　図１の構成例では、座席２０の後方の車体９０上に、高周波振動対応用のゴムブッシュやワイヤダンパで構成されたダンパ９２を介してサポートブロック３６３が支持されている。ヨー方向の回転駆動部３０３はサポートブロック３６３の上側に設置され、Ｚ軸回りに回転可能である。Ｌ字状のブラケット３６２は、ヨー方向の回転駆動部３０３の上側に設置され、ヨー方向の回転駆動部３０３と共にＺ軸回りに回転する。

　ロール方向の回転駆動部３０２は、ブラケット３６２の背板の前側に設置され、Ｙ軸回りに回転可能である。アーム３６１は、ロール方向の回転駆動部３０２の前側において、座席２０の背もたれ２６の後方から左右両側面を挟むように設置され、ロール方向の回転駆動部３０２と共にＹ軸回りに回転する。また、アーム３６１、ロール方向の回転駆動部３０２及びブラケット３６２の全体が、ヨー方向の回転駆動部３０３と共にＺ軸回りに回転する。ピッチ方向の回転駆動部３０１は、座席２０の背もたれ２６の側面をＸ軸回りに回転駆動可能に設置されている。

　このように、本実施形態の座席姿勢制御装置１０１は、シンプルなジンバル機構により構成されている。三つの回転駆動部３０１、３０２、３０３のうちいずれか一つが回転すると、それに応じて、座席２０は、ピッチ、ロール又はヨーの三方向のうち一方向に回転駆動される。また、三つの回転駆動部３０１、３０２、３０３のうち二つ又は三つが同時に回転すると、座席２０は、ピッチ、ロール及びヨーの複合した方向に回転駆動される。

　６軸慣性計測ユニット７０は、例えば座席２０のクッション２５の下面に取り付けられている。図２に示すように、６軸慣性計測ユニット７０は、Ｘ軸加速度αｘ、Ｙ軸加速度αｙ、Ｚ軸加速度αｚ、ピッチ角加速度αθ、ロール角加速度αφ及びヨー角加速度αψを計測する。すなわち、６軸慣性計測ユニット７０は、三次元各軸の加速度、並びに、回転駆動部３０１、３０２、３０３による回転方向に対応するピッチ、ロール及びヨーの三方向の角加速度を計測する。

　例えば、車両前進方向であるＹ軸加速度αｙの積分値は車速を反映する。坂道における登坂、降坂の始めと終わりにはＺ軸加速度αｚの絶対値が増加する。急加速時や急減速時にはピッチ角加速度αθの絶対値が増加する。また、右折、左折や車線変更による旋回時には遠心力によりロール角加速度αφの絶対値が増加する。

　駆動ユニット８０は、回転駆動部３０１、３０２、３０３を制御する。第１実施形態の駆動ユニット８０は、電動モータ３１１、３１２、３１３の通電に係る指令信号を生成する制御回路、及び、指令信号に従って電源電力を変換しモータ巻線に供給する電力変換回路を含むモータ駆動装置に相当する。駆動ユニット８０は、電動モータ３１１、３１２、３１３と別体に構成されてもよく、電動モータ３１１、３１２、３１３と一体の「機電一体式」で構成されてもよい。例えば直流モータの通電方向を切り替えることで正逆回転が反転し、座席２０は往復変位可能となる。なお、減速機を用いる構成では、減速機のギアを切り替えて正逆回転を反転させてもよい。第１実施形態では電動モータ３１１、３１２、３１３を使用するため、制御の収束が容易である。

　次に、駆動ユニット８０がどのような情報に基づいて指令信号を生成するかという点について説明する。特許文献１、２（特開平７－１４９１７１号公報、特開２０００－１６３０９８号公報）の従来技術では、制御装置がセンサ情報を取得した後に座席の位置を動かすため、位置制御に遅れが生じ、加速度を適時に吸収できない場合がある。そのため、乗員が頭部に不快な加速度を感じるおそれがある。

　この問題を解決するため、本実施形態の駆動ユニット８０は、車両の進行方向前方の情報である前方情報を取得し、当該前方情報に基づいて、将来、車両が到達する地点で発生する車両揺動を予測する。駆動ユニット８０は、さらに慣性計測ユニット８０が検出した現在の座席２０の運動情報に基づき、車両揺動による座席姿勢の変化を打ち消すように、フィードフォワード（図中「ＦＦ」）制御により回転駆動部３０１、３０２、３０３を制御する。

　駆動ユニット８０は、例えばカメラ等の路面状況センサ７４が撮像し画像処理ユニット７５で処理された路面状況のデータから、路面傾き情報を「前方情報」として取得する。その他、駆動ユニット８０は、前方車両の挙動や、ダイナミックマップを含む地図情報等を「前方情報」として取得してもよい。前方の路面が傾いていたり凹凸があったりする場合は、路面状況に応じて車両揺動が発生することが予測される。また、自車がナビゲーションに従って左折、右折する場合や、前方車両の挙動により車線変更する場合、車両揺動が発生することが予測される。なお、車両がバック走行している場合、車両後方の情報が進行方向前方の情報に相当する。

　ここで、慣性計測ユニット７０からは、現在の座席２０の運動情報が常にフィードバック（図中「ＦＢ」）される。つまり、慣性計測ユニット７０は、路面状況等の外的要因による正の車両揺動と、「駆動ユニット８０による過去のフィードフォワード制御の結果」としての負の車両揺動とを合計した座席２０の運動情報を計測する。その意味で、本実施形態によるフィードフォワード制御は、フィードバック制御の要素を一部に含んでいると考えられる。

　詳細には、駆動ユニット８０によるフィードフォワード制御において電動モータに対する通電量等の操作量が算出された後、実際に座席２０が動作するまでの動作遅れ時間が生じる。また、制御演算周期、画像処理ユニット７５の処理時間と駆動ユニット８０による前方情報の更新周期、慣性計測ユニット７０の処理時間と駆動ユニット８０による座席運動情報の更新周期等の関係により、具体的な処理フローが設計される。

　例えば慣性計測ユニット７０からの座席運動情報の更新周期がフィードフォワード制御による操作量の演算周期よりも速い場合、駆動ユニット８０は、フィードフォワード制御により算出した操作量を、慣性計測ユニット７０からフィードバックされる実際の座席運動情報に基づき補正してもよい。こうすることで、駆動ユニット８０はフィードフォワード制御を主として実行しつつ、フィードバック制御の寄与度を高め、実際の座席２０の動きをより反映した制御が可能となる。

　以上のように本実施形態では、駆動ユニット８０が前方情報に基づいて将来の車両揺動を予測し、且つ現在の座席運動情報に基づき、フィードフォワード制御により回転駆動部３０１、３０２、３０３を制御する。そのため、位置制御の遅れを無くし、座席２０の姿勢をよりアクティブに制御することができる。これにより、乗員が頭部に不快な加速度を感じることを防ぎ、乗車中の快適性を向上させることができる。

　また、特許文献３（特開２０１９－１５６１４３号公報）の従来技術では、加速度を吸収するためにリンク機構やレールを使用して座席を移動させるため、構成が複雑となる。それに対し本実施形態では三次元の各軸が自由度を有するジンバル機構を用いることで、シンプルな構成で加速度を吸収することができる。

　（第２実施形態）
　図３を参照し、第２実施形態の座席姿勢制御装置１０２について説明する。第２実施形態では、ピッチ、ロール及びヨーの三方向に座席２０を回転駆動可能な三つの回転駆動部４０１、４０２、４０３は、回転式の流体圧アクチュエータ４１１、４１２、４１３を含んで構成されている。各流体圧アクチュエータ４１１、４１２、４１３には、流体タンク６５の流体が、流体ポンプ６０から二方向切替弁５０１、５０２、５０３を介して供給される。典型的には、流体として作動油が用いられる。なお、二方向切替弁５０１、５０２、５０３は回転駆動部４０１、４０２、４０３に含まれると考えてもよいし、流体タンク６５や流体ポンプ６０と同様に流体圧供給源側の要素として回転駆動部４０１、４０２、４０３に含まないと考えてもよい。また、慣性計測ユニット（図中「ＩＭＵ」）７０及び駆動ユニット８０に関しては第１実施形態と同様である。

　各方向の流体圧アクチュエータ４１１、４１２、４１３の構成は同様であるため、代表として、ピッチ方向の流体圧アクチュエータ４１１について説明する。流体圧アクチュエータ４１１は、扇形状の枠部で形成される固定子４３と、回転軸４２を中心として径方向外端部が固定子４３の内壁に沿って回転する回転子４４とを有する。回転軸４２の出力は、直接に、又は伝達機構を介して座席２０の回転駆動力となる。

　回転子４４は、固定子４３の内側に形成された空間を周方向に第１流体室４５と第２流体室４６とに隔てる。第１流体室４５は第１流路４７を介して二方向切替弁５０１の一方のポートに接続されており、第２流体室４６は第２流路４８を介して二方向切替弁５０１の他方のポートに接続されている。

　二方向切替弁５０１は、駆動ユニット８０からの指令信号に従って、流体ポンプ６０から流体圧アクチュエータ４１１の一方の流体室に流体を供給する経路と、流体圧アクチュエータ４１１の他方の流体室からタンク６５に流体を排出する経路とを切り替える。典型的には、二方向切替弁５０１は、動作の応答が速い電磁弁で構成される。例えば車両の自動変速機において油圧制御弁として使用される電磁弁が本実施形態の二方向切替弁５０１に用いられてもよい。

　図３に示すように、二方向切替弁５０１が平行の流路で図示される第１切替モードのとき、流体ポンプ６０から第１流体室４５に流体が供給され、第２流体室４６からタンク６５に流体が排出される。そのため、第１流体室４５の流体圧が第２流体室４６の流体圧より大きくなり、回転子４４が図の反時計回り方向に回転する。このときの回転軸４２の回転を正回転とすると、これにより、流体圧アクチュエータ４１１は正回転の回転駆動力を出力する。

　図３に示す状態とは逆に、二方向切替弁５０１がクロス流路で図示される第２切替モードに切り替わったとき、流体ポンプ６０から第２流体室４６に流体が供給され、第１流体室４５からタンク６５に流体が排出される。そのため、第２流体室４６の流体圧が第１流体室４５の流体圧より大きくなり、回転子４４が図の時計回り方向に回転する。このときの回転軸４２の回転を逆回転とすると、これにより、流体圧アクチュエータ４１１は逆回転の回転駆動力を出力する。

　このように流体圧アクチュエータ４１１は、第１流体室４５と第２流体室４６との流体圧の大小に応じた回転子４４の動作により、回転軸４２を正回転及び逆回転させる。第２実施形態では、流体圧により大きな駆動力を確保し、座席２０を瞬時に変位させることができる。

　（第３実施形態）
　図４を参照し、第３実施形態の座席姿勢制御装置１０３について説明する。第３実施形態の座席姿勢制御装置１０３は、第２実施形態の座席姿勢制御装置１０２に対し、各流体圧アクチュエータ４１１、４１２、４１３に初期位置戻り用の弾性部材４９が追加されている。弾性部材４９は固定子４３と回転子４４とに跨って取り付けられる。これにより、駆動停止時に、固定子４３に対する回転子４４の位置を一定に保持することができる。

　（その他の実施形態）
　（１）本開示において回転駆動部は、ピッチ、ロール及びヨーの三方向全てに座席２０を回転させるように三つ設けられる構成に限らず、ピッチ、ロール又はヨーのうちいずれか一方向又は二方向に座席２０を回転させるように一つ又は二つ設けられてもよい。その構成は、図１において、設けられない回転駆動部を固定要素とみなすことで、容易に類推可能である。

　一つの回転駆動部が設けられる場合、慣性計測ユニット７０は、三次元各軸の加速度、及び、回転駆動部による回転方向に対応する一方向の角加速度を計測する４軸以上のものであればよい。また、二つの回転駆動部が設けられる場合、慣性計測ユニット７０は、三次元各軸の加速度、及び、回転駆動部による回転方向に対応する二方向の角加速度を計測する５軸以上のものであればよい。

　包括的に言うと、本開示の回転駆動部は、ピッチ、ロール又はヨーの三方向のうちいずれかの方向に座席２０を回転駆動可能であり、三方向のうち一方向以上に対応して一つから三つまで設けられる。また、本開示の慣性計測ユニット７０は、少なくとも三次元各軸の加速度、並びに、回転駆動部による回転方向に対応するピッチ、ロール又はヨーのうち一方向から三方向までの角加速度を計測する。

　（２）例えば三つの回転駆動部が設けられた座席姿勢制御装置においても、駆動ユニット８０は常に三方向の駆動制御をするとは限らず、状況に応じて、三方向の駆動制御と、一方向又は二方向の駆動制御とを切り替えるようにしてもよい。

　（３）回転駆動部の具体的な構成は、上記実施形態に記載した電動モータ又は回転式の流体圧アクチュエータに限らず、回転駆動可能などのような構成であってもよい。ただし、制御応答性や静粛性に優れ、動力伝達の遊び等による位置ずれが少ない構成であることが好ましい。

　以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

　本開示に記載の駆動ユニット及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の駆動ユニット及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の駆動ユニット及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (5)

1. 　車両の揺動に応じて座席（２０）の姿勢を制御する座席姿勢制御装置であって、
   　ピッチ、ロール又はヨーの三方向のうちいずれかの方向に前記座席を回転駆動可能であり、前記三方向のうち一方向以上に対応して一つから三つまで設けられる回転駆動部（３０１、３０２、３０３、４０１、４０２、４０３）と、
   　前記座席に取り付けられ、少なくとも三次元各軸の加速度、並びに、前記回転駆動部による回転方向に対応するピッチ、ロール又はヨーのうち一方向から三方向までの角加速度を計測する慣性計測ユニット（７０）と、
   　前記回転駆動部を制御する駆動ユニット（８０）と、
   　を備え、
   　前記駆動ユニットは、
   　車両の進行方向前方の情報である前方情報を取得し、当該前方情報に基づいて、将来、車両が到達する地点で発生する車両揺動を予測し、
   　さらに前記慣性計測ユニットが検出した現在の前記座席の運動情報に基づき、車両揺動による前記座席の姿勢の変化を打ち消すように、フィードフォワード制御により前記回転駆動部を制御する座席姿勢制御装置。
2. 　前記前方情報には、路面状況、前方車両の挙動、及び、ダイナミックマップを含む地図情報、のうち少なくとも一つが含まれる請求項１に記載の座席姿勢制御装置。
3. 　前記駆動ユニットは、フィードフォワード制御により算出した操作量を、前記慣性計測ユニットからフィードバックされる実際の前記座席の運動情報に基づき補正する請求項１または２に記載の座席姿勢制御装置。
4. 　前記回転駆動部は、電動モータ（３１１、３１２、３１３）を含んで構成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の座席姿勢制御装置。
5. 　前記回転駆動部は、回転式の流体圧アクチュエータ（４１１、４１２、４１３）を含んで構成されている請求項１～３のいずれかに記載の座席姿勢制御装置。

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