(57)【要約】【課題】車両の横加速度に対する乗員の姿勢補助を行う際に、乗員が受ける不安感や視覚的違和感を改善して乗り心地を向上させる。【解決手段】横加速度センサ１２により検出した車両の横加速度に基づいて、乗員上体加速度最小コントローラを用いて乗員が受ける横加速度が最小となるシート２０の姿勢角の目標値を演算する。横加速度を受けていない状態でシート２０に着座した乗員の右目と左目との中心を通る鉛直線を基準位置として、ヒップポイントＨＰの基準位置からの車両幅方向の距離で表されるシートの横位置ｄを、乗員の右目と左目との中心が基準位置に位置するように演算する。演算した目標値及び横位置となるようにシート２０を制御するための回転アクチュエータ１８及び並進アクチュエータ１９の操作量を算出し、算出した操作量に基づいて回転アクチュエータ１８及び並進アクチュエータ１９を駆動する。【選択図】図１
2009286153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の横方向に生じる横加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、前記車両の乗員が受ける横加速度または前記乗員の姿勢角を最小にするための前記車両のシートの姿勢角の目標値を演算する目標値演算手段と、
横加速度が作用していない状態の前記乗員の頭部を通る鉛直線を基準位置として、前記目標値演算手段で演算された目標値に基づいて、前記乗員の頭部を前記基準位置に位置させるための前記シートの車両幅方向の横位置を演算する横位置演算手段と、
前記シートの姿勢角が前記目標値演算手段で演算された目標値になり、かつ前記シートの横位置が前記横位置演算手段で演算された横位置になるように前記シートを制御する制御手段と、
を含む乗員姿勢補助装置。
【請求項２】
コンピュータを、
車両の横方向に生じる横加速度を検出する加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、前記車両の乗員が受ける横加速度または前記乗員の姿勢角を最小にするための前記車両のシートの姿勢角の目標値を演算する目標値演算手段と、
横加速度が作用していない状態の前記乗員の頭部を通る鉛直線を基準位置として、前記目標値演算手段で演算された目標値に基づいて、前記乗員の頭部を前記基準位置に位置させるための前記シートの車両幅方向の横位置を演算する横位置演算手段と、
前記シートの姿勢角が前記目標値演算手段で演算された目標値になり、かつ前記シートの横位置が前記横位置演算手段で演算された横位置になるように前記シートを制御する制御手段と、
して機能させるための乗員姿勢補助プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗員姿勢補助装置及びプログラムに係り、特に、車両に横方向の加速度（横加速度）が生じた場合に乗員の姿勢を補助するための乗員姿勢補助装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に横加速度が生じた際に乗員の感じる横加速度または乗員の姿勢角の変化を低減させるためにシートの姿勢角を制御することが行われている。例えば、車両に生じる横加速度に応じて、車両のシートを横方向アクチュエータにより横方向に移動させ、車両のヨーレートに応じて、車両のシートを旋回方向アクチュエータにより旋回方向に旋回させることにより乗員の姿勢を補助する車両用シート位置制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−２６１５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の車両用シート位置制御装置では、シート位置を制御することにより、乗員の上体が傾き、例えばＡピラーなどの車室内装材や隣席乗員の頭部などに近づくため、衝突するかもしれないという不安感や視覚的違和感が生じる、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、車両の横加速度に対する乗員の姿勢補助を行う際に、乗員が受ける不安感や視覚的違和感を改善して乗り心地を向上させることができる乗員姿勢補助装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の乗員姿勢補助装置は、車両の横方向に生じる横加速度を検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、前記車両の乗員が受ける横加速度または前記乗員の姿勢角を最小にするための前記車両のシートの姿勢角の目標値を演算する目標値演算手段と、横加速度が作用していない状態の前記乗員の頭部を通る鉛直線を基準位置として、前記目標値演算手段で演算された目標値に基づいて、前記乗員の頭部を前記基準位置に位置させるための前記シートの車両幅方向の横位置を演算する横位置演算手段と、前記シートの姿勢角が前記目標値演算手段で演算された目標値になり、かつ前記シートの横位置が前記横位置演算手段で演算された横位置になるように前記シートを制御する制御手段と、を含んで構成されている。
【０００６】
また、本発明の乗員姿勢補助プログラムは、コンピュータを、車両の横方向に生じる横加速度を検出する加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、前記車両の乗員が受ける横加速度または前記乗員の姿勢角を最小にするための前記車両のシートの姿勢角の目標値を演算する目標値演算手段と、横加速度が作用していない状態の前記乗員の頭部を通る鉛直線を基準位置として、前記目標値演算手段で演算された目標値に基づいて、前記乗員の頭部を前記基準位置に位置させるための前記シートの車両幅方向の横位置を演算する横位置演算手段と、前記シートの姿勢角が前記目標値演算手段で演算された目標値になり、かつ前記シートの横位置が前記横位置演算手段で演算された横位置になるように前記シートを制御する制御手段として機能させるためのプログラムである。
【０００７】
本発明の乗員姿勢補助装置及びプログラムによれば、目標値演算手段が、車両の横方向に生じる横加速度を検出する加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、車両の乗員が受ける横加速度または乗員の姿勢角を最小にするための車両のシートの姿勢角の目標値を演算する。また、横位置演算手段が、横加速度が作用していない状態の乗員の頭部を通る鉛直線を基準位置として、目標値演算手段で演算された目標値に基づいて、乗員の頭部を基準位置に位置させるためのシートの車両幅方向の横位置を演算する。そして、制御手段が、シートの姿勢角が目標値演算手段で演算された目標値になり、かつシートの横位置が横位置演算手段で演算された横位置になるようにシートを制御する。
【０００８】
このように、乗員が受ける横加速度または乗員の姿勢角を最小にするためにシートの姿勢角を制御した場合に、乗員の頭部を横加速度が作用していない場合の基準位置に位置するようにシートの横位置を制御するため、車室内装材や隣席乗員の頭部などに衝突するかもしれないという不安感や視覚的違和感が改善され、乗り心地を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車両の横加速度に対する乗員の姿勢補助を行う際に、乗員が受ける不安感や視覚的違和感を改善して乗り心地を向上させることができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態に係る乗員姿勢補助装置１０は、車両に生じる横加速度を検出し、横加速度に応じた信号を出力する横加速度センサ１２、乗員の姿勢を補助するためにシート２０の姿勢角及び車両幅方向の横位置を変更する制御を行う処理ルーチンを実行するためのコンピュータ１６、シート２０を回転させるための回転アクチュエータ１８、及びシート２０を車両幅方向に移動させるための並進アクチュエータ１９を備えている。
【００１２】
コンピュータ１６は、乗員姿勢補助装置１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述する乗員姿勢補助の処理ルーチンのプログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。
【００１３】
ここで、本実施の形態において、乗員が受ける横加速度が最小となるようなシート２０の姿勢角の目標値を演算するための乗員上体加速度最小コントローラの導出について述べる。
【００１４】
図２は、車両に生じる横加速度から乗員の感じる横加速度までのモデル、車両横加速度に応じてシート２０の姿勢角を与えるコントローラ、さらにシート姿勢角から乗員加速度までのモデルを含む制御系の構成を示す図である。
【００１５】
過渡状態における乗員加速度を低減するためには、車両の加速度から乗員の感じる加速度までの伝達関数をキャンセルするようにコントローラを設計すればよい。この伝達関数は、（１）式となることは、容易に推測される。
【数１】
2009286153.tif 000003
なお、Ｇｗ（ｓ）は後述する（４）（５）式中のシートの姿勢角ｕの項を除いた系に対応する伝達関数であり、Ｇｕ（ｓ）は後述する（４）（５）式中の車両の横加速度ｇｙの項を除いた系に対応する伝達関数である。
【００１６】
ところが、ここで扱う制御対象は、制御するシート２０の回転中心が乗員の重心より低い位置にあることから、シート姿勢角から乗員加速度までのモデルＧｕ（ｓ）が非最小位相推移系となり、負のゼロ点を有している。このため、（１）式の逆ダイナミクス演算は、負の極をもつ不安定系となり、実装することができない。これは、車両運動の過渡状態まで考慮して常に人体加速度の発生を０とするコントローラが存在しないことを意味している。
【００１７】
そこで、制御系が非最小位相推移系となることを勘案し、図２の制御系を伝達特性の最小化問題として定式化できることに着目するとともに、乗員は高周波領域の運転操作を行わないという特性から考えて、車両に生じる横加速度には周波数帯域における制約があり、伝達特性の周波数整形が可能なＨ∞制御理論を適用することによってコントローラ設計を行う。
【００１８】
図３は、乗員の体幹下部に体幹上部および頭部がバネで結合されている１自由度人体モデルに生じる横加速度ｇｂを示す図である。下半身および体幹下部はシートに固定であるとし、ここでは体幹上部および頭部を上半身と呼ぶ。乗員のロール回転中心をヒップポイントＨＰとすると、横加速度ｇｂは、（２）式で表される。
【数２】
2009286153.tif 000004
【００１９】
ただし、ｇｙ：車両の横加速度、ｇ：重力加速度、φｂ：ＨＰを通り鉛直上向きの鉛直軸と上半身の中心線（重心とＨＰとを通る直線）がなす乗員ロール角、ｌ：ＨＰから上半身重心までの距離である。
また、乗員上半身固定座標系における横方向運動方程式は、（３）式となる。
【数３】
2009286153.tif 000005
【００２０】
ただし、ｍ：上半身質量、ｋ：体幹上部と体幹下部との間のロール方向バネ定数、ｕ：シートの姿勢角、ｃ：体幹上部と体幹下部との間のロール方向人体粘性定数（人体のロール角速度に比例すると仮定）である。すなわち、上半身は、下半身の回転軸に対して一端が回転自在に構成され、他端がバネで座面の法線方向の軸に結合され、その回転軸に対する回転角速度に比例する粘性抵抗を有するようにモデル化されている。
【００２１】
（２）式を線形化し（３）式に代入することによって、（４）及び（５）式のように定式化できる。
【数４】
2009286153.tif 000006
【００２２】
これらの式から
【数５】
2009286153.tif 000007
となる定常状態では、（６）式とすることで、ｇｂ＝０となることがわかる。
【数６】
2009286153.tif 000008
【００２３】
また、（６）式のシートの姿勢角ｕに対する直達項は負であることから、シートの姿勢角ｕから評価量ｇｂまでの伝達関数は、非最小位相推移系（伝達関数が負のゼロ点を有する系）となっていることがわかる。これは、逆ダイナミクスが不安定になり、任意のｇｙに対し、常にｇｂ＝０とするｕが存在しないことを表している。
【００２４】
このため、本実施の形態では、任意のｇｙに対し、評価量ｇｂを最小化する制御問題として定式化してコントローラの導出を図る。なお、（４）及び（５）式は、図４に示すように、以下の（７）〜（９）式のような標準問題形式で記述できる。
【数７】
2009286153.tif 000009
【００２５】
ただし、
【数８】
2009286153.tif 000010
であり、
【数９】
2009286153.tif 000011
である。
【００２６】
この問題における外乱に相当する車両の横加速度は、運転者の操舵特性を考慮すると、ある程度低周波数領域に限定でき、全域でｗからｚまでの伝達特性を低減させる必要はない。このため、ここでは、周波数重みとして、（１０）式の伝達関数を考慮したＨ∞制御の定式化を行う。
【数１０】
2009286153.tif 000012
【００２７】
（１０）式の状態方程式表現を、（１１）及び（１２）式と記述できる。
【数１１】
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【００２８】
この周波数重みを含めた系は図５のように表現できる。なお、図５におけるｚからｚｗｂを抽出する周波数重みフィルタは、図６に示す伝達特性を有している。
【００２９】
さらに、ｗからｚｗｂまでの拡大された系も、図７に示すように、標準問題形式で記述できる。
【数１２】
2009286153.tif 000014
【００３０】
ただし、
【数１３】
2009286153.tif 000015
であり、
【数１４】
2009286153.tif 000016
である。
【００３１】
この拡大系にＨ∞制御を適用することによって、外乱から周波数整形後の評価量までの伝達特性（Ｈ∞ノルム）を最小化するコントローラ、すなわち車両運動として考慮すべき周波数帯域における車両横加速度から乗員が受ける横加速度までの伝達特性を最小化する乗員上体加速度最小コントローラが設計できる。
【００３２】
なお、シート２０の姿勢角の目標値を算出する手段としては、ゲインコントローラを用いる方法もある。
【００３３】
次に、図８を参照して、本実施の形態の乗員姿勢補助の処理ルーチンについて説明する。
【００３４】
ステップ１００で、横加速度センサ１２により検出した車両の横加速度に応じた信号を取得し、次に、ステップ１０２で、横加速度センサ１２から入力された車両の横加速度に応じた信号に基づいて、上述した乗員上体加速度最小コントローラを用いて乗員が受ける横加速度が最小となるシート２０の姿勢角の目標値を演算する。制御対象のパラメータとしては、例えば、ｌ＝０．５［ｍ］、ｃ＝１００［Ｎｓ／ｍ］、ｋ＝５０００［Ｎ／ｍ］、ｍ＝４０［ｋｇ］を用いることができ、また周波数重みのパラメータとして、ω１＝０．５×（２π）、ω２＝１．８×（２π）、ζ１＝０．２、ζ２＝０．７を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
次に、ステップ１０４で、メモリに記憶された乗員の頭部高ｘを取得する。乗員の頭部高ｘは、ヒップポイントＨＰから乗員の右目と左目との中心までの距離で表される。ｘの値は、初期値として、例えば０．４５ｍに設定することができ、乗員毎に図示しない入力装置などにより入力して設定することができ、設定された値はメモリに記憶される。
【００３６】
次に、ステップ１０６で、シート２０の車両幅方向の横位置ｄを演算する。横位置ｄは、図９に示すように、横加速度を受けていない状態でシート２０に着座した乗員の右目と左目との中心を通る鉛直線を基準位置（Ｏ）として、ヒップポイントＨＰの基準位置からの車両幅方向の距離で表される。ステップ１０２で演算された目標値に基づいてシート２０を制御した場合に、（１５）式を満たすように横位置ｄを演算する。
ｄ−ｘ・ｓｉｎφｂ＝０      ・・・（１５）
なお、φｂは、ＨＰを通り鉛直上向きの鉛直軸と上半身の中心線（重心とＨＰとを通る直線）がなす乗員ロール角であり、この中心線の延長線上に乗員の右目と左目との中心が存在する。
【００３７】
次に、ステップ１０８で、ステップ１０２で演算した目標値となるようにシート２０の姿勢角を制御するための回転アクチュエータ１８の操作量、及びステップ１０６で演算した横位置ｄとなるようにシート２０の車両幅方向の横位置を制御するための並進アクチュエータ１９の操作量を算出し、次に、ステップ１１０で、算出した操作量に基づいて回転アクチュエータ１８及び並進アクチュエータ１９を駆動する。
【００３８】
なお、上記処理を実行するためのコンピュータ１６をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図１０に示すように、横加速度センサ１２から入力される車両の横加速度に応じた信号から、乗員が受ける横加速度を最小にするシート２０の姿勢角を演算する目標値演算部２２、目標値演算部２２の演算結果に基づいてシート２０の姿勢角を制御した場合の乗員の目の位置が基準位置となるシート２０の車両幅方向の横位置を演算する横位置演算部２４、目標値演算部２２で演算された演算値に基づいて回転アクチュエータ１８の操作量を算出し、その操作量に基づいて回転アクチュエータ１８が駆動されるように制御する回転アクチュエータ制御部２６、及び横位置演算部２４で演算された演算値に基づいて並進アクチュエータ１９の操作量を算出し、その操作量に基づいて並進アクチュエータ１９が駆動されるように制御する並進アクチュエータ制御部２８を含んだ構成で表すことができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態における乗員姿勢補助装置によれば、横加速度を受けていない場合の乗員頭部位置を通る鉛直線を基準位置とし、乗員が受ける横加速度が最小となるようにシートの姿勢角を制御した際に、乗員頭部が基準位置に位置するように制御されるため、車室内装材や隣席乗員の頭部などに衝突するかもしれないという不安感や視覚的違和感が改善され、乗り心地を向上させることができる。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、シートの姿勢角の目標値とシートの横位置とを別々に演算する場合について説明したが、図１１に示すように、車両に生じる横加速度から乗員の感じる横加速度までのモデル、車両横加速度に応じてシートの姿勢角を与えるコントローラ、シート姿勢角から乗員加速度までのモデル、乗員姿勢角に応じてシートの横位置を与えるコントローラ、及びシート横位置から乗員加速度までのシート横加速度モデルを含む制御系を構成することもできる。ここで、シート横加速度モデルのゲインは、例えばマップで提供される。
【００４１】
また、本実施の形態では、乗員上体加速度最小コントローラにより、乗員が受ける横加速度が最小となるシートの姿勢角の目標値を演算する場合について説明したが、検出した車両の横加速度に所定値を乗算して車両の姿勢角を算出し、算出した車両の姿勢角に基づいて乗員の姿勢角を算出し、算出した乗員の姿勢角が最小となるシートの姿勢角の目標値を演算するようにしてもよい。
【００４２】
また、本実施の形態では、車両の横加速度を検出する場合について説明したが、車両のロール角やヨー角速度の大きさ等から、乗員の姿勢角を推定するようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、乗員の頭部高の値を入力装置で入力することにより設定する場合について説明したが、撮像装置により乗員を撮像して得られる画像から算出したり、ヘッドレストの高さを検出して算出したりするなどしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態に係る乗員姿勢補助装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態に係る乗員姿勢補助装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】乗員の体幹下部に体幹上部および頭部がバネで結合されている１自由度人体モデルに生じる横加速度ｇｂを示す図である。
【図４】標準問題形式で記述された伝達特性を示す図である。
【図５】周波数重みを考慮した伝達特性を示す図である。
【図６】周波数重みフィルタの伝達特性を示す図である。
【図７】拡大形の標準問題形式で記述された伝達特性を示す図である。
【図８】本実施の形態における乗員姿勢補助の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】シートの横位置を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態に係る乗員姿勢補助装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図１１】本実施の形態に係る乗員姿勢補助装置の制御系の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０   乗員姿勢補助装置
１２   横加速度センサ
１６   コンピュータ
１８   回転アクチュエータ
１９   並進アクチュエータ
２０   シート
【図１】
2009286153.tif 000017
【図２】
2009286153.tif 000018
【図３】
2009286153.tif 000019
【図４】
2009286153.tif 000020
【図５】
2009286153.tif 000021
【図６】
2009286153.tif 000022
【図７】
2009286153.tif 000023
【図８】
2009286153.tif 000024
【図９】
2009286153.tif 000025
【図１０】
2009286153.tif 000026
【図１１】
2009286153.tif 000027