JP7037907B2

JP7037907B2 - 車両用灯具の制御装置および車両用灯具システム

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Publication number: JP7037907B2
Application number: JP2017201240A
Authority: JP
Inventors: 成克中村; 祐輔平井
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: EP3480058B1; EP3480058A1; JP2019073189A; US10596954B2; US20190111829A1

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。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、車両に設置した加速度センサから出力される加速度には、重力加速度による加速度成分も含まれている。しかし、上記した先行技術では、この重力加速度による加速度成分について十分に考慮しているとはいえず、重力加速度による影響が強く出てしまって傾斜角の算出精度が低くなる場合が生じ得る。

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）車両の上下方向及び前後方向の各々に対応付けられた加速度を所定時間毎に取得し、当該各加速度から重力加速度成分を除去することにより前記車両の上下方向に関連する第１加速度及び前記車両の前後方向に関連する第２加速度を求め、当該第１加速度及び第２加速度を用いて車両進行方向加速度を算出して、前記第１加速度又は前記第２加速度の何れか一方と前記車両進行方向加速度との相関関係から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と、を含み、（ｃ）前記角度算出部は、前記車両の姿勢角度を求める前に、前記各加速度の何れか１つの所定時間での変化分、当該各加速度の合成値の所定時間での変化分、又は、前記当該合成値から前記重力加速度成分の合成値を除去した値の所定時間での変化分の何れかを各々に対応した基準値と比較することにより前記車両が加減速中であるか否かを判定する第１判定処理を行い、当該第１判定処理により加減速中であると判定した場合において前記車両の姿勢角度を求める、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、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６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に沿った方向の加速度であり、以後、「車両進行方向加速度Ａ」と呼ぶ。

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（紙面左側が進行方向）。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４に示すように、加速度センサ１２によるセンサ出力は、車両進行方向加速度Ａと重力加速度Ｇの合成ベクトルとなる。このセンサ出力の内訳、すなわちＸ軸とＹ軸の各成分は以下のように表せる。
Ｘ＝－Ｇｓｉｎθ－Ａｃｏｓθ
Ｙ＝＋Ｇｃｏｓθ－Ａｓｉｎθ

上記したＸ軸とＹ軸の各成分から、重力加速度Ｇによる成分を除去した場合の各成分をＸ_Ａ、Ｙ_Ａとすると、これらは以下のように表せる。
Ｘ_Ａ＝－Ａｃｏｓθ
Ｙ_Ａ＝－Ａｓｉｎθ

これより、車両進行方向加速度Ａは以下のように表せる。なお、「ＳＱＲＴ」とは、平方根を意味するものとする。
Ａ＝ＳＱＲＴ（Ｘ_Ａ ^２＋Ｙ_Ａ ^２）

また、角度θは、車両進行方向加速度Ａと、重力成分を除去したセンサ出力のＹ軸成分Ｙ_Ａを用いて以下のように表せる。
ｓｉｎθ＝Ｙ_Ａ／Ａ

これにより、角度θは、逆正弦関数により以下のように表せる。
θ＝ｓｉｎ^－１（Ｙ_Ａ／Ａ）

これより、例えば、図５に示すように、車両進行方向加速度Ａを第１軸、重力成分を除去したセンサ出力のＹ軸成分Ｙ_Ａを第２軸に対応付けたとすれば、それらＡとＹ_Ａの関係を示す直線の傾き（Ｙ_Ａ／Ａ）に基づいて、角度θを求めることができる。なお、直線近似してその傾きを求めるのではなく、各値のプロット１つずつからＹ_ＡとＡの比率（Ｙ_Ａ／Ａ）を求め、それに基づいて角度θを求めた上で、各プロットに対応する複数の角度θの平均値を求め、その平均値を角度θとしてもよい。

本実施形態の車両用灯具システムでは、加速度センサ１２のセンサ出力に基づき、所定の計算式によりＸ軸、Ｙ軸それぞれにおける重力加速度Ｇによる重力成分Ｘｇ、Ｙｇを予め算出しておき、これらを用いて、加速度センサ１２のセンサ出力のＸ、Ｙ軸の各成分から重力成分を除去（減算）する。そして、重力成分の除かれた各成分Ｘ_Ａ、Ｙ_Ａに基づいて上記した計算式により車両進行方向加速度Ａを算出し、この車両進行方向加速度Ａと重力成分の除かれたＹ軸成分Ｙ_Ａに基づいて上記した計算式により角度θを求め、この角度θに基づいて光軸調整を行っている。以下、この動作についてフローチャートを参照しながら説明する。

図６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。

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）、車両に搭載された車速センサ（図示略）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、現在の車速Ｓ_ｎと、１つ前の機会に取得された車速Ｓ_ｎ－１の差分の絶対値｜Ｓ_ｎ－Ｓ_ｎ－１｜の値が所定の基準値（一例として０．１ｋｍ／ｈ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、差分（Ｓ_ｎ－Ｓ_ｎ－１）がプラスならば加速、マイナスならば減速と推定される。差分の絶対値が基準値以下である場合は、車速の変化が少なく安定している状態といえ、差分の絶対値が基準値より大きい場合には車速の変化が大きい状態（加速中もしくは減速中）であるといえる。

差分の絶対値｜Ｓ_ｎ－Ｓ_ｎ－１｜が所定の基準値以下である場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、角度算出部２０は、さらに、現在の加速度Ｇ_ｎと、１つ前の機会に取得された加速度Ｇ_ｎ－１の差分（変化分）の絶対値である｜Ｇ_ｎ－Ｇ_ｎ－１｜の値が所定の基準値（一例として０．０６５ｍ／ｓ^２）より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここでいう加速度の差分の絶対値｜Ｇ_ｎ－Ｇ_ｎ－１｜は、例えばＳＱＲＴ（Ｘ_ｎ ^２＋Ｙ_ｎ ^２）－ＳＱＲＴ（Ｘ_ｎ－１ ^２＋Ｙ_ｎ－１ ^２）を計算することで求めることもできる。なお、加速度の差分の絶対値｜Ｇ_ｎ－Ｇ_ｎ－１｜の値はＸ方向がおおよそ前後方向加速度を取得しているものとしてＳＱＲＴ（Ｘ_ｎ ^２－Ｘ_ｎ－１ ^２）としておいてもよい。また、ステップＳ１４の判定について、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの加速度の差分ＳＱＲＴ（Ｘ_ｎ ^２－Ｘ_ｎ－１ ^２）、ＳＱＲＴ（Ｙ_ｎ ^２－Ｙ_ｎ－１ ^２）を求め、それぞれに対応する基準値（例えば、前者について０．０６５ｍ／ｓ^２、後者について０．０５ｍ／ｓ^２）を設定しておき、少なくともいずれか一方の加速度の差分が基準値より大きい場合に、肯定的な判定結果としてもよい。

差分の絶対値｜Ｇ_ｎ－Ｇ_ｎ－１｜が所定の基準値以下である場合には（ステップＳ１４；ＮＯ）、角度算出部２０は、以下に示す計算式を用いて、加速度センサ１２のＸ軸、Ｙ軸それぞれにおける重力加速度Ｇによる重力成分Ｘｇ、Ｙｇを算出する（ステップＳ１５）。
Ｘｇ＝０．０３Ｘ＋０．９７Ｘｇ_ｎ－１
Ｙｇ＝０．０３Ｙ＋０．９７Ｙｇ_ｎ－１
ただし、Ｘｇ_ｎ－１、Ｙｇ_ｎ－１は、１つ前の機会に算出された重力成分Ｘｇ、Ｙｇを表すものとする。

なお、実際の路面走行においては車速変化０．１ｋｍ／ｈ以下であったとしても若干の加速度変化や振動による影響などで重力値以外の値が加速度センサ１２の出力に含まれてしまう。重力成分が変化したままのデータを用いて後述する統計処理を行うと誤差成分となって傾斜角算出に悪影響を与える。そのため、これらの余分なノイズである値（Ｇ値とする）をカットすることが望まれる。本実施形態においては、所定の係数ａを用いてＧ値に相当する成分を除去しており、所定の係数ａを一例として０．０３とし、Ｘｇ_ｎ－１、Ｙｇ_ｎ－１に用いる係数を（１－ａ）としている。係数ａの数値は、実験結果に基づいて定めたものである。なお、係数ａを差分（Ｓ_ｎ－Ｓ_ｎ－１）の値に応じて変更してもよい。例えば、差分が０．０５ｋｍ／ｈ～０．１ｋｍ／ｈのときには０．０２とするなど、差分が小さくなるに従って係数が大きくなるように、例えば０．０１～０．０４の間で係数ａの数値を可変に設定することができる。

次に、角度算出部２０は、算出した重力成分Ｘｇ、Ｙｇを図示しないメモリに記憶させるとともに（ステップＳ１６）、ステップＳ１２において取得した車速の値を車速Ｓ_ｎ－１としてメモリに記憶させる（ステップＳ１７）。

一方、上記した差分の絶対値｜Ｓ_ｎ－Ｓ_ｎ－１｜の値が所定の基準値より大きい場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、または、上記した差分｜Ｇ_ｎ－Ｇ_ｎ－１｜の値が所定の基準値より大きい場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ）の何れかにおいて、角度算出部２０は、以下に示す計算式を用いて、重力成分の減算された各成分Ｘ_Ａ、Ｙ_Ａを求める（ステップＳ１８）。
Ｘ_Ａ＝Ｘ－Ｘｇ
Ｙ_Ａ＝Ｙ－Ｙｇ

次に、角度算出部２０は、算出した各成分Ｘ_Ａ、Ｙ_Ａを用いて、以下に示す計算式を用いて車両進行方向加速度Ａを算出する（ステップＳ１９）。
Ａ＝ＳＱＲＴ（Ｘ_Ａ ^２＋Ｙ_Ａ ^２）

次に、角度算出部２０は、重力成分の減算されたＹ軸成分Ｙ_Ａ、車両進行方向加速度Ａの各値を統計処理用にバッファへ格納する（ステップＳ２０）。

次に、角度算出部２０は、バッファに格納したＹ軸成分Ｙ_Ａ、車両進行方向加速度Ａの各値を用いて、車両の姿勢角度を算出する（ステップＳ２１）。具体的には、例えばＹ軸成分Ｙ_Ａと車両進行方向加速度Ａの各値をプロットして（図５参照）、それらの関係を直線近似してその傾き（Ｙ_Ａ／Ａ）を求め、この傾きを用いて以下の計算式によって角度θを求める。
θ＝ｓｉｎ^－１（Ｙ_Ａ／Ａ）

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Ｓ２２）。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、上記したステップＳ１７へ移行し、それ以降の処理が行われる。

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、上記した先行技術のように車両前後方向加速度と車両上下方向加速度をプロットして用いる場合には、車両進行方向加速度Ａのベクトル方向を求めることはできるが、その場合、車両進行方向加速度Ａのスカラー値は未知数となる。その結果、弱い加速度と強い加速度がかかった時の重み付けが変わらないことになり、誤差成分が強く出る弱い加速度の時の影響が強く出てしまい角度θの算出精度が低くなる。それに対して本実施形態では、重力成分を除去して角度θを求めている。このとき、最小二乗法などの直線近似では、大多数のサンプル範囲から外れた数値ほど相対的に強い影響（重み）を与える特性があるが、本実施形態では、スカラー値を失わないことで、強い車両進行方向加速度Ａがかかった時の値のみを、重みのある位置にプロットすることができる。この結果、角度θの算出精度が向上する。

さらに、本実施形態では車両進行方向加速度Ａと加速度センサ１２の１つの軸（Ｙ軸）との関係に基づいて角度θを算出しているので、加速度センサ１２の初期位置が分かっていれば、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。

また、本実施形態では、車速が一定速度とみなせる状態であるか否かを判定する際に、車速の差分に基づいた判定を行い、さらに加速度の差分に基づいた判定を行っているので、より精度良く車両の状態を判定することができ、この点からも角度θの算出精度をより向上させることができる。

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加速度センサ１２の１つの軸としてＹ軸を用いていたが、Ｘ軸を用いてもよい。その場合には、角度θは、車両進行方向加速度Ａと、重力成分を除去したセンサ出力のＸ軸成分Ｘ_Ａを用いて以下のように表せる。
θ＝ｃｏｓ^－１（Ｘ_Ａ／Ａ）

また、上記した実施形態ではステップＳ１４における加速度変化の判定に際して、加速度センサ１２の２つの軸の各値を用いていたが、いずれか１つ、例えばＸ軸の値を用いて加速度変化の判定を行ってもよい。また、重力加速度による成分を考慮せず単純にＸ軸の値とＹ軸の値の合成値を用いて加速度変化の判定を行ってもよい。また、車両の車速が一定速度とみなせる状態であるか否かを判定するに際し、ステップＳ１３における車速の差分に基づく判定を省略して加速度に基づく判定のみとしてもよい。

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

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、
車両の上下方向及び前後方向の各々に対応付けられた加速度を所定時間毎に取得し、当該各加速度から重力加速度成分を除去することにより前記車両の上下方向に関連する第１加速度及び前記車両の前後方向に関連する第２加速度を求め、当該第１加速度及び第２加速度を用いて車両進行方向加速度を算出して、前記第１加速度又は前記第２加速度の何れか一方と前記車両進行方向加速度との相関関係から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、
を含み、
前記角度算出部は、前記車両の姿勢角度を求める前に、前記各加速度の何れか１つの所定時間での変化分、当該各加速度の合成値の所定時間での変化分、又は、前記当該合成値から前記重力加速度成分の合成値を除去した値の所定時間での変化分の何れかを各々に対応した基準値と比較することにより前記車両が加減速中であるか否かを判定する第１判定処理を行い、当該第１判定処理により加減速中であると判定した場合において前記車両の姿勢角度を求める、
車両用灯具の制御装置。
前記角度算出部は、前記第１判定処理を行う前に、車速の所定時間での差分を基準値と比較することにより前記車両が加減速中であるか否かを判定する第２判定処理を行い、当該第２判定処理により加減速中でないと判定した場合において、前記第１判定処理を行う、
請求項１に記載の車両用灯具の制御装置。
前記角度算出部は、前記第１加速度又は前記第２加速度の何れか一方と前記車両進行方向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当該直線の傾きを求め、当該傾きに基づいて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。
前記角度算出部は、前記傾きの逆正弦関数に基づいて前記車両の姿勢角度を求める、
請求項３に記載の車両用灯具の制御装置。
前記車両の上下方向及び前後方向の各々に対応付けられた加速度が加速度センサによって検出される、
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。
前記車両進行方向加速度は、前記第１加速度と前記第２加速度の各々を二乗した値の和の平方根を計算することによって求められる、
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。
前記重力加速度成分は、前記車両の上下方向及び前後方向の各々に対応付けられた加速度を用いて所定の計算を行うことによって求められる、
請求項１～６の何れか１項に記載の車両用灯具の制御装置。
請求項１～７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。