JP5434116B2 - 車載表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室内で画像を表示する車載表示装置に関するものである。

車輌の動きに伴って、乗員の眼球に対する表示モニタの画面の相対変位量を演算し、画面上においてその相対変位量を相殺するように画像を移動させることで、乗員に違和感を与えないようにした車載表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−２２４３１５号公報

しかしながら、比較的高い周波数の振動では、画面に生じる振動と、乗員に生じる振動との間に位相差が生じるため、乗員が画像を見づらくなる場合があるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、乗員が画像を安定して見ることができる車載表示装置を提供することである。

本発明は、乗員の動きを推定する振動伝達モデルに含まれる乗員の振動パラメータを、乗員の動きにおける振幅に基づいて変更することによって上記課題を解決する。
また、本発明は、車輌の速度、車輌運動検出手段の設置位置、及び乗員の着座位置に基づいて、乗員の着座位置での車輌の動きを推定することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、乗員運動推定手段が乗員の動きを推定する際に、画面の動きと乗員の動きとの間に生じる位相差を考慮することができるので、位相差の発生を抑制して乗員に安定した画像を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態における車輌の室内を示す概略断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態における車載表示装置の全体構成を示すブロック図である。 図３は、車体の弾性変形モード（曲げ２節）の例を示す図である。 図４は、シートの振動特性の振幅依存性を示すグラフである。 図５Ａは、図２の車載表示装置のシート／乗員パラメータ補正部が有するシートの振幅−剛性テーブルを示すグラフである。 図５Ｂは、図２の車載表示装置のシート／乗員パラメータ補正部が有するシートの振幅−減衰係数テーブルを示すグラフである。 図６Ａは、図２の車載表示装置のシート／乗員パラメータ補正部が有する乗員の振幅−剛性テーブルを示すグラフである。 図６Ｂは、図２の車載表示装置のシート／乗員パラメータ補正部が有する乗員の振幅−減衰係数テーブルを示すグラフである。 図７は、本発明の第１実施形態における車載表示装置の動作を示すフローチャートである。 図８は、本発明の第２実施形態における車載表示装置の全体構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の第２実施形態における車輌の室内を示す概略断面図である。 図１０Ａは、図８の車載表示装置の車輌パラメータ補正部が有する車輌の積載量−剛性テーブルを示すグラフである。 図１０Ｂは、図８の車載表示装置の車輌パラメータ補正部が有する車輌の積載量−減衰係数テーブルを示すグラフである。 図１１は、本発明の第２実施形態における車載表示装置の動作を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第３実施形態における車載表示装置の全体構成を示すブロック図である。 図１３は、本発明の第３実施形態における車載表示装置の動作を示すフローチャートである。 図１４は、車輌の前後輪の振動入力の時間差に由来する周波数成分（ホイールベース次数成分）を説明するためのグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本実施形態における車輌の室内を示す概略断面図、図２は本実施形態における車載表示装置の全体構成を示すブロック図、図３は車体の弾性変形モードの例を示す図、図４はシートの振動特性の振幅依存性を示すグラフ、図５Ａ〜図６Ｂはシート／乗員パラメータ補正部が有するテーブル（Look up Table）を示すグラフである。

本実施形態に係る車載表示装置１０Ａは、図１に示すように、例えば、車両１のシート２に着座している乗員３に、表示モニタ４０の画面４１に表示される画像を安定して提供するための装置である。この車載表示装置１０Ａは、図２に示すように、車輌１の動きを検出する車輌運動検出装置２０と、車輌運動検出部装置２０の検出結果に基づいて画像を制御させる画像制御装置３０Ａと、画像制御装置３０Ａにより制御された画像を画面４１に表示する表示モニタ４０と、を備えている。

車輌運動検出装置２０は、加速度センサ２１及び角速度センサ２２を有しており、振動を含めた車輌１の動きを検出することが可能となっている。加速度センサ２１は、車輌１の前後及び左右方向（図１のＹ方向及びＸ方向）に沿った加速度を計測する。また、角速度センサ２２は、車輌１のピッチ及びロール方向（図１のＸ方向及びＹ方向を中心とした回転方向）の角速度を計測する。加速度センサ２１及び角速度センサ２２は画像制御装置３０Ａに接続されており、それぞれの計測結果を画像制御装置３０Ａに出力することが可能となっている。

なお、図３に車輌１の弾性変形モード（曲げ２節）の例を示すが、このモードでは、前後輪付近が節となり、車体中央付近が腹となる曲げ運動が発生する。一般的に表示モニタ４０は車体中央付近に設置されているため、このモードでは後部座席では振幅が小さいものの、表示モニタ４０付近の振幅は大きくなる。そのため、加速度センサ２１及び角速度センサ２２を、表示モニタ４０の近傍に設けることが好ましい。

画像制御装置３０Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及びインタフェース等を含むマイクロコンピュータから構成されており、機能的には、図２に示すように、車輌／乗員運動推定部３１、シート／乗員パラメータ補正部３２、制御遅れ補正部３３、画像入力部３４、及び、画像制御部３５を備えている。

車輌／乗員運動推定部３１には、車輌１〜シート２〜乗員３の頭部４の振動伝達系をシミュレートするための振動伝達モデルＧ（ｓ）があらかじめ設定されている。この振動伝達モデルＧ（ｓ）は、バネ、マス、及び、ダンパから構成される集中定数系振動伝達モデル（伝達関数）であり、シート２の剛性（ばね定数）ｋ_ｓ及び減衰係数Ｃ_ｓ、乗員３の剛性ｋ_ｐ及び減衰係数Ｃ_ｐ、並びに、車輌１の剛性ｋ_ｖ及び減衰係数Ｃ_ｖを、振動パラメータとして含んでいる。そして、この車輌／乗員運動推定部３１は、車輌運動検出装置２０による検出結果を、この振動伝達モデルＧ（ｓ）に入力することで、シート２に着座している乗員３の頭部４の動きを推定する。

また、この車輌／乗員運動推定部３１は、本実施形態では、車輌運動検出装置２０により検出された車輌１の動きと、車輌運動検出装置２０及び表示モニタ４０のそれぞれ設置位置の幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴う表示モニタ４０の画面４１の動きを算出する。なお、車輌１〜表示モニタ４０の振動伝達系をシミュレートするための振動伝達モデルを車輌／乗員運動推定部３１に予め設定しておき、車輌運動検出装置２０による検出結果をこの振動伝達モデルに入力することで、車輌１の動きに伴う画面４１の動きを推定してもよい。

さらに、車輌／乗員運動推定部３１は、乗員３の頭部４の動きと、頭部４の中心位置と眼球の幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴って生じる乗員３の眼球の動き（眼球の位置の変化）を推定する。次いで、この車輌／乗員運動推定部３１は、画面４１の動きと、乗員３の眼球の動きとに基づいて、車輌１の動きに伴う乗員３の眼球に対する画面４１の相対変位量を算出し、この相対変位量を相殺するような表示モニタ４０の画面４１内における画像の移動量を演算する。

シート／乗員パラメータ補正部３２は、車輌１の動きに伴う乗員３の頭部４の動きに応じて、シート２の振動パラメータｋ_ｓ，Ｃ_ｓや乗員３の振動パラメータｋ_ｐ，Ｃ_ｐを変更することで、振動伝達モデルＧ（ｓ）を修正する。

例えば、ポリウレタンフォームから構成されるシート２は、振動に対する応答において、振幅に依存した非線形な特性を示す。具体的には、図４に示すように、振幅が小さくなるに従って、共振周波数が上昇し、共振倍率も大きくなる傾向がある。そこで、本実施形態のシート／乗員パラメータ補正部３２は、図５Ａに示すような振幅−剛性テーブルや、図５Ｂに示すような振幅−減衰係数テーブルを備えている。図５Ａに示す振幅−剛性テーブルでは、乗員３の頭部４の動きの振幅が小さくなるほど、シート２の剛性ｋ_ｓが大きくなるように設定されている。一方、図５Ｂに示す振幅−減衰係数テーブルでは、乗員３の頭部４の動きの振幅が小さくなるほど、シート２の減衰係数Ｃ_ｓが小さくなるように設定されている。シート／乗員パラメータ補正部３２は、図５Ａや図５Ｂに示すテーブルを参照して、車輌／乗員運動推定部３１により推定された乗員３の頭部４の振幅に対応したシート２の振動パラメータｋ_ｓ，Ｃ_ｓを読み出し、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）を修正する。

また、乗員３の人体も、シート２と同様に、振幅に依存した非線形な応答特性を示す。そのため、本実施形態のシート／乗員パラメータ補正部３２は、図６Ａに示す振幅−剛性テーブルや、図６Ｂに示すような振幅−減衰係数テーブルを備えている。図６Ａに示す振幅−剛性テーブルでは、図５Ａに示すテーブルと同様に、乗員３の頭部４の動きの振幅が小さくなるほど、乗員３の剛性ｋ_ｐが大きくなるように設定されている。一方、図６Ｂに示す振幅−減衰係数テーブルでは、図５Ｂに示すテーブルと同様に、乗員３の頭部４の動きの振幅が小さくなる程、乗員３の減衰係数Ｃ_ｐが小さくなるように設定されている。シート／乗員パラメータ補正部３２は、図６Ａや図６Ｂに示すテーブルを参照して、車輌／乗員運動推定部３１により推定された乗員３の頭部４の振幅に対応した乗員３の振動パラメータｋ_ｐ，Ｃ_ｐを読み出し、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）を修正する。

なお、図５Ａ及び図６Ａに示すテーブルに代えて、シート２〜乗員３の振動系の振幅に対する剛性の変化を示すテーブルを用いたり、図５Ｂや図６Ｂに代えて、シート２〜乗員３の振動系の振幅に対する減衰係数の変化を示すテーブルを用いてもよい。また、シートやサスペンションの温度依存性により非線形特性の影響を解消するために、温度センサ等の情報に応じて振動伝達モデルＧ（ｓ）のパラメータを変更してもよい。

制御遅れ補正部３３は、信号のＡ／Ｄ変換や演算処理に起因する制御遅れ時間を補正する。具体的には、先ず、車載表示装置１０Ａのシステム全体に生じる制御遅れ時間（車輌運動検出装置２０が車輌１の動きを検出してから、画像制御装置３０Ａが画面４１に表示されている画像を制御するまでに要する時間）を予め計測しておく。そして、この制御遅れ補正部３３は、車輌／乗員運動推定部３１により算出された画像移動量の時系列データに基づいて、テイラー展開を用いて、遅れ時間分先の画像移動量を推定する。なお、予め遅れ時間を計測しておき、振動伝達モデルＧ（ｓ）の微分方程式を解く際に、同様の振動入力が継続すると仮定したり、振動入力の時系列データをテイラー展開したりすることで遅れ時間分だけ先の入力振動を微分方程式に与えることにより、その遅れ時間分だけ先の頭部４の動きを推定してもよい。なお、制御遅れ時間をTとした場合に、後進差分を用いた一次のテイラー展開による画面位置の推定式は以下の通りである。

ただし、f(x)は時刻xでの画面位置、Δtは計算の時間刻みである。

画像入力部３４は、表示モニタ４０の画面４１に表示する元の画像（テキストを含む。）のデータを、画像制御部３５を介して表示モニタ４０に出力する。画像制御部３５は、表示モニタ４０の画面４１において、車輌／乗員運動推定部３１により算出された画像移動量分だけ画像をシフトさせる。

表示モニタ４０は、例えば液晶ディスプレイから構成されており、図１に示すように、車輌１の天井に設置されている。なお、表示モニタ４０の設置位置は特に限定されず、例えば表示モニタ４０を運転席の背面に設置してもよい。

この表示モニタ４０は、画像入力部３４から入力された画像を画面４１に表示するが、この画像は、画像制御部３５の制御によって画面４１内を移動する。例えば、車輌１のノーズダイブ現象によって、乗員３の眼球に対して表示モニタ４０の画面４１が下降した場合には、画面４１内において画像を上方にシフトさせる。これに対し、例えば、車輌１のスクワット現象によって、乗員３の眼球に対して表示モニタ４０の画面４１が上昇した場合には、画面４１内において画像を下方にシフトさせる。このように、本実施形態では、乗員３の眼球に対して画像が常に一定の位置にあるので、乗員３が得る視覚情報と前庭器（三半規管や耳石）からの情報が一致し、乗員３が感じる違和感が低減される。

以下に、図７に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態における車載表示装置１０Ａの動作について説明する。図７は本実施形態における車載表示装置１０Ａの動作を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１０１において、画像制御装置３０Ａは、表示モニタ４０の画面電源がオンとなっているか否かを判断する。表示モニタ４０の画面電源がオンとなっている場合（ステップＳ１０１にてＹＥＳ）には、ステップ１０２に進む。一方、表示モニタ４０の画面電源がオフとなっている場合（ステップＳ１０１にてＮＯ）には、ステップＳ１０１の処理を繰り返す。

次いで、ステップＳ１０２において、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）に、シート２及び乗員３の振動パラメータｋ_ｓ，Ｃ_ｓ，ｋ_ｐ，Ｃ_ｐとして、図５Ａ〜図６Ｂに示す初期値ｋ_ｓ０，Ｃ_ｓ０，ｋ_ｐ０、Ｃ_ｐ０を代入する。

次いで、ステップＳ１０３において、車輌運動検出装置２０の加速度センサ２１及び角速度センサ２２により車輌１の動き（車輌１の前後及び左右方向に沿った並進運動と、車輌１のピッチ及びロール方向に沿った回転運動）を測定する。

次いで、ステップＳ１０４において、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１０３で計測した車輌１の動きを振動伝達モデルＧ（ｓ）に入力することで、車輌１の動きに伴って生じる乗員３の頭部４の中心の動きを推定する。次いで、ステップＳ１０５では、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１０４で推定された頭部４の動きの所定時間に亘る時系列データから、頭部４の動きにおける振幅のｒｍｓ値（実効値）を算出する。

次いで、ステップＳ１０６において、シート／乗員パラメータ補正部３２が、図５Ａ〜図６Ｂに示すテーブルを参照して、当該ｒｍｓ値に対応したシート２及び乗員３の振動パラメータｋ_ｓ１，Ｃ_ｓ１，ｋ_ｐ１，Ｃ_ｐ１を読み出す。

次いで、ステップＳ１０７において、車輌／乗員運動推定部３１の振動伝達モデルＧ（ｓ）の初期振動パラメータｋ_ｓ０，Ｃ_ｓ０，ｋ_ｐ０，Ｃ_ｐ０を、ステップＳ１０６で読み出された振動パラメータｋ_ｓ１，Ｃ_ｓ１，ｋ_ｐ１，Ｃ_ｐ１にそれぞれ変更することで、振動伝達モデルＧ（ｓ）の見直しを行う。この見直し後の振動伝達モデルＧ（ｓ）は、次のサイクル（ステップＳ１１５からステップＳ１０３に戻った後のステップＳ１０４）で使用される。

次いで、ステップＳ１０８において、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１０３で測定された車輌１の動きと、車輌運動検出装置２０及び表示モニタ４０の設置位置の幾何学的位置関係とから、車輌１の動きに伴う表示モニタ４０の画面４１の動きを算出する。

次いで、ステップＳ１０９において、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１０４で推定された乗員３の頭部４の中心の動きと、頭部４の中心位置と眼球との幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴う乗員３の眼球の動きを算出する。

次いで、ステップＳ１１０において、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１０８で算出された画面４１の動きと、ステップＳ１０９で算出された乗員３の眼球の動きとに基づいて、乗員３の眼球に対する画面４１の相対変位量を算出する。

次いで、ステップＳ１１１において、車輌／乗員運動推定部３１が、ステップＳ１１１で算出した相対変位量を相殺するような画像移動量を算出する。さらに、ステップＳ１１２において、制御遅れ補正部３３が、ステップＳ１１１で算出した画像移動量に対して、時間遅れの補正を行う。

次いで、ステップＳ１１３において、画像制御部３５が、画像入力部３４から入力された画像を画面４１上において画像移動量分だけ移動させるように画像データを加工し、ステップＳ１１４において、表示モニタ４０が、加工後の画像を画面４１に表示する。これにより、表示モニタ４０の画面４１内に表示されている画像が、乗員３の眼球に対して画像が常に一定の位置にあるようにシフトする。

表示モニタ４０の画面電源がオフになるまで（ステップＳ１１５にてＹＥＳ）、ステップＳ１０３からステップＳ１１４の処理を繰り返す（ステップＳ１１５にてＮＯ）が、この繰り返しサイクルの間に、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）が、シート／乗員パラメータ補正部３２により随時修正される。そのため、シート２や乗員３の人体などの非線形特性の強い振動系の影響を抑えて、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制することができ、乗員３に安定した画像を提供することができる。

また、同じ制御時間遅れであっても振動の周波数が高くなるに従って位相差が大きくなるが、本実施形態では、制御遅れ補正部３３によって制御遅れ時間を補正するので、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制することができ、乗員３に安定した画像を提供することができる。

＜第２実施形態＞
図８は本実施形態における車載表示装置の全体構成を示すブロック図、図９は本実施形態における車輌の室内を示す概略断面図、図１０Ａ及び図１０Ｂは車輌パラメータ補正部が有するテーブルを示すグラフである。

本実施形態では、図８に示すように、乗員位置／積載量検出装置２５及び車輌パラメータ補正部３６を備えている点で第１実施形態と相違するが、それ以外の構成は第１実施形態と同様である、以下に、第２実施形態について第１実施形態との相違点のみを説明し、第１実施形態と同様の構成である部分については同一符号を付して説明を省略する。

乗員位置／積載量検出装置２５は、それぞれのシート２に内蔵した着座センサ２６と、前後両輪のサスペンションに設置したストロークセンサ２７と、を有している。着座センサ２６は、図９に示すように、乗員３が２列目のシート２ａ又は３列目のシート２ｂのいずれに着座しているのかを検出する。ストロークセンサ２７は、サスペンションの沈み込み量に基づいて、車輌１における乗員及び荷物を含めた積載物の積載量を測定する。なお、乗員位置／積載量検出装置２５に代えて、キーボードなどの入力装置を介して、乗員位置や積載量を手動で入力してもよい。

また、画像制御装置３０Ｂは、第１実施形態と同様に、車輌／乗員運動推定部３１、シート／乗員パラメータ補正部３２、制御遅れ補正部３３、画像入力部３４、及び、画像制御部３５を備えているが、さらに、本実施形態では、振動伝達モデルＧ（ｓ）における車輌１の振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖを補正する車輌パラメータ補正部３６を備えている。なお、本実施形態では、車輌／乗員運動推定部３１は、乗員３の眼球の動き（眼球の位置の変化）を推定する際に、乗員３の頭部４の動きや頭部中心位置と眼球の幾何学的位置関係に加えて、乗員３の着座位置も考慮する。

この車輌パラメータ補正部３６は、車輌１の積載量に応じて、車輌１の振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖを変更することで、振動伝達モデルＧ（ｓ）を修正する。そのため、車輌パラメータ補正部３６は、図１０Ａに示すような積載量−剛性テーブルや、図１０Ｂに示すような積載量−減衰係数テーブルを備えている。図１０Ａに示す積載量−剛性テーブルでは、車輌１の積載量が小さくなるほど、車輌１の剛性ｋ_ｖが大きくなるように設定されている。一方、図１０Ｂに示す積載量−減衰係数テーブルでは、車輌１の積載量が小さくなるほど、車輌１の減衰係数Ｃ_ｖが小さくなるように設定されている。車輌パラメータ補正部３６は、図１０Ａや図１０Ｂに示すテーブルを参照して、車輌１の積載量に応じた車輌１の振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖを読み出し、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）を修正する。

また、この車輌パラメータ補正部３６は、乗員３の着座位置に応じて、車輌／乗員運動推定部３１の振動伝達モデルＧ（ｓ）が有する制御ゲインＫを変更する。具体的には、乗員３が表示モニタ４０の近くに着座している場合（図９において２列目のシート２ａに着座している場合）には、車輌１のピッチ動作に伴う画面４１の上下動が小さくなるので、制御ゲインＫを低下させて、乗員３の頭部４の上下動を小さく推定する。一方、乗員３が表示モニタ４０から離れた位置に着座している場合（図９において３列目のシート２ｂに着座している場合）には、車輌１のピッチ動作に伴う画面４１の上下動が大きくなるので、制御ゲインＫを大きくして、乗員３の頭部４の上下動を大きく推定する。

さらに、この車輌パラメータ補正部３６は、乗員３の着座位置に応じて、画面４１の位置と乗員３の着座位置との間の距離に起因する振動入力の時間差を考慮する。具体的には、乗員３が表示モニタ４０の近くに着座している場合（図９において２列目のシート２ａに着座している場合）には、振動入力の時間差を小さく設定する。これに対し、乗員３が表示モニタ４０から離れた位置に着座している場合（図９において３列目のシート２ｂに着座している場合）には、振動入力の時間差を長く設定する。なお、振動入力の時間差の具体的な算出方法については、第３実施形態において詳述する。

以下に、図１１に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態における車載表示装置１０Ｂの動作について説明する。図１１は本実施形態における車載表示装置の動作を示すフローチャートである。

なお、図１１におけるステップＳ２０１及びＳ２０２は、図７におけるステップＳ１０１及びＳ１０２と同様であり、図１１におけるステップＳ２０５〜Ｓ２１７は、図７におけるステップＳ１０３〜Ｓ１１５と同様であるので、ステップＳ２０３及びＳ２０４のみについて以下に説明し、その他のステップについては説明を省略する。

図１１のステップＳ２０３において、乗員位置／積載量検出装置２５が、着座センサ２６によって乗員３の着座位置を検出すると共に、ストロークセンサ２７によって車輌１の積載量を計測する。

次いで、図１１のステップＳ２０４において、車輌パラメータ補正部３６が、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すテーブルを参照して、ステップＳ２０３で計測された車輌１の積載量に対応した車輌１の振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖを読み出す。また、車輌パラメータ補正部３６は、ステップＳ２０３で検出した乗員３の着座位置に応じて制御ゲインＫを変更する。そして、車輌パラメータ補正部３６は、積載量に対応した振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖと、着座位置に応じた制御ゲインＫを、車輌／乗員運動推定部３１が有する振動伝達モデルＧ（ｓ）に代入する。このように、車輌１の振動パラメータｋ_ｖ，Ｃ_ｖと制御ゲインＫが見直された振動伝達モデルＧ（ｓ）を用いて、図１１のステップＳ２０６において乗員３の頭部４の動きが推定される。

本実施形態では、車輌１の積載量に応じて車輌１の振動パラメータを修正するので、乗員３の頭部４の動きの推定誤差を減らすことができ、結果的に画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制して、乗員３に安定した画像を提供することができる。
なお、本実施形態では車両１の積載量に対応した振動パラメータとしてｋ_ｖ，Ｃ_ｖを用いているが、車両の質量Ｍ_ｖを振動パラメータとして用いても良い。

また、本実施形態では、乗員３の着座位置に応じて制御ゲインを修正するので、乗員３の頭部４の動きの推定誤差を減らすことができ、着座位置に関わらず乗員３に安定した画像を提供することができる。

また、本実施形態では、表示モニタ４０の設置位置と乗員３の着座位置との間の距離に起因する振動入力の時間差を考慮して、乗員３の頭部４の動きを推定するので、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制することができ、乗員３に安定した画像を提供することができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、シート／乗員パラメータ補正部３２によって振動伝達モデルＧ（ｓ）が随時修正されるので、シート２や乗員３の人体などの非線形特性の強い振動系の影響を抑えることができる。そのため、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制して、乗員３に安定した画像を提供することができる。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、制御遅れ補正部３３によって制御遅れ時間を補正するので、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制することができ、乗員３に安定した画像を提供することができる。

＜第３実施形態＞
乗員３が前方に設置された画面４１で画像を鑑賞する場合、画面位置で計測した振動により制御を行うと、画面４１と乗員３との前後方向のずれによる振動入力の時間差の発生や、それにより励起される車輌１のピッチ動作により、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に位相差が生じる。車速が比較的高い領域では上下のバウンス運動が支配的となるので位相差が生じ難いが、車速が比較的低い領域ではピッチ運動が大きくなるので位相差を生じ易くなる。そこで、本実施形態における車載表示装置１０Ｃは、車速が比較的低い場合に、画面４１と乗員との間の距離に基づく振動入力の時間差を考慮して、乗員３の頭部４の動きを推定する。

図１２は本実施形態における車輌表示装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態に係る車載表示装置１０Ｃは、図１２に示すように、車両運動検出装置２０、画像制御装置３０Ｃ及び表示モニタ４０を備えている。なお、表示モニタ４０の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

車輌運動検出装置２０は、加速度センサ２１及び角速度センサ２２に加えて、車輌１の走行速度を計測する速度センサ２３を有している。

画像制御装置３０Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及びインタフェース等のマイクロコンピュータから構成されており、機能的には、図１２に示すように、車輌運動推定部３７、乗員運動推定部３８、画像入力部３４、及び、画像制御部３５を備えている。

車輌運動推定部３７は、車輌１の車速に応じて乗員位置でのフロア振動を演算する。具体的には、車速Ｖが所定値Ｖ_０以上である場合に、車輌運動検出装置２０の計測結果を乗員位置でのフロア振動とみなす。一方、車速Ｖが所定値Ｖ_０未満である場合に、車輌運動検出装置２０の計測結果に基づいて乗員位置でのフロア振動を推定する。

また、この車輌運動推定部３７は、車輌運動検出装置２０により計測された車輌１の動きと、車輌運動検出装置２０及び表示モニタ４０のそれぞれの設置位置の幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴う表示モニタ４０の画面４１の動きを算出する。

乗員運動推定部３８には、第１実施形態と同様の振動伝達モデルＧ（ｓ）があらかじめ設定されている。そして、この乗員運動推定部３８は、車輌運動推定部３７により演算された乗員位置でのフロア振動を、この振動伝達モデルＧ（ｓ）に入力することで、シート２に着座している乗員３の頭部４の動きを推定する。

また、この乗員運動推定装置３８は、乗員３の頭部４の動きと、頭部４の中心位置と眼球の幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴って生じる乗員３の眼球の動き（眼球の位置の変化）を推定する。次いで、この乗員運動推定装置３８は、この乗員３の眼球の動きと、車輌運動推定装置３７により算出された画面４１の動きとに基づいて、車輌１の動きに伴う乗員３の眼球に対する画面４１の相対変位量を算出し、さらにこの相対変位量を相殺するような画像移動量を演算する。

画像入力部３４は、第１実施形態と同様に、表示モニタ４０の画面４１に表示する元の画像（テキストを含む。）のデータを、画像制御部３５を介して表示モニタ４０に出力する。そして、画像制御部３５は、表示モニタ４０の画面４１において、その画像移動量分だけ画像をシフトさせる。

以下に、図１３に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態における車載表示装置１０Ｃの動作について説明する。図１３は本実施形態における車載表示装置１０Ｃの動作を示すフローチャート、図１４は車輌の前後輪の振動入力の時間差に由来する周波数成分（ホイールベース次数成分）を説明するためのグラフである。

先ず、ステップＳ３０１において、画像制御装置３０Ｃは、表示モニタ４０の画面電源がオンとなっているか否かを判断する。表示モニタ４０の画面電源がオンとなっている場合（ステップＳ３０１にてＹＥＳ）には、ステップＳ３０２に進む。一方、表示モニタ４０の画面電源がオフとなっている場合（ステップＳ３０１にてＮＯ）には、ステップＳ３０１の処理を繰り返す。

次いで、ステップＳ３０２において、車輌運動検出装置２０が、加速度センサ２１及び角速度センサ２２によって車輌１の動き（車輌１の前後及び左右方向に沿った並進運動と、車輌１のピッチ及びロール方向に沿った回転運動）を計測すると共に、速度センサ２３によって車速Ｖを計測する。

次いで、ステップＳ３０３において、車輌運動推定部３７が、下記（１）式を使って、車輌１の前輪への振動入力と、後輪への振動入力との時間差ｄＴを演算する。

ｄＴ＝Ｌ／Ｖ …（１）式
但し、上記（１）式において、Ｌは予め設定された車輌１のホイールベース長であり、ＶはステップＳ３０２で計測された車速である。

なお、車輌１の速度を直接計測しない場合には、加速度センサ２１による計測結果を用いて、以下の要領で時間差ｄＴを演算することができる。具体的には、図１４に示すように、加速度波形を周波数分析してパワースペクトル密度（ＰＳＤ：Power Spectral Density）データを得て、このパワースペクトル密度データから前後輪の振動入力の時間差に由来する周波数成分（ホイールベース次数成分）を抽出する。そして、このホイールベース次数成分の周波数ｆ_ｗｂを用いて、下記（２）式を使うことで時間差ｄＴを演算する。この際、車速Ｖは、下記（３）式によって算出される。なお、加速度時系列データを自己相関分析することで時間差ｄＴを求めてもよい。

ｄＴ＝１／ｆ_ｗｂ …（２）式
Ｖ＝Ｌ／ｄＴ …（３）式
図１３に戻り、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０２で計測した車速Ｖが、所定値Ｖ_０未満か否かを判断する。

このステップＳ３０４において、車速Ｖが所定値Ｖ_０以上（Ｖ≧Ｖ_０）であると判断された場合（ステップＳ３０４にてＮＯ）には、車輌１の動きにおいて上下のバウンス運動が支配的であるので、ステップＳ３０５において、車輌運動推定部３７は、ステップＳ３０２で計測した車輌１の動きを、乗員位置でのフロア振動とみなす。

これに対し、ステップＳ３０４において、車速Ｖが所定値Ｖ_０未満（Ｖ＜Ｖ_０）であると判断された場合（ステップＳ３０４にてＹＥＳ）には、車輌１の動きにおいてピッチ運動が大きくなるので、ステップＳ３０６において、車輌運動推定部３７は、ステップＳ３０２で計測した車輌１の動きから、乗員位置でのフロア振動を推定する。

具体的には、車輌運動推定部３７は、先ず、下記（４）式を用いて、車輌運動検出装置２０による車輌１の動きの計測位置と、乗員３の着座位置と、の間の振動入力の時間差を算出する。

ｄＴ’＝ｄＴ×Ｌ_ｄ／Ｌ …（４）式
但し、上記（４）式において、ｄＴはステップＳ３０３で算出した前後輪の振動入力の時間差であり、Ｌ_ｄは車輌運動検出装置２０による車輌１の動きの計測位置と乗員３の着座位置との間の距離、Ｌは車輌１のホイールベース長さである。

次いで、上記（４）式により算出された時間差ｄＴ’を下記（５）式に入力することで、車輌運動検出装置２０により計測された車輌１の運動から、乗員３の着座位置での振動Ｆ_ｐ（ｔ）を推定する。

Ｆ_ｐ（ｔ）＝α×Ｆ_ｄ（ｔ）＋β×Ｆ_ｄ（ｔ−ｄＴ’） …（５）式
但し、上記（５）式において、Ｆ_ｄ（ｔ）は車輌運動検出装置２０による車輌１の動きの計測位置における時系列振動データであり、α及びβは定数である。なお、α及びβを、車輌１の特性や画面及び乗員位置の違いに応じて変更することにより、更に精度の高い推定が可能となる。

なお、本実施形態では、加速度センサ２１及び角速度センサ２２を表示モニタ４０の近傍に設置しているので、表示モニタ４０の設置位置における振動データを、加速度センサ２１及び角速度センサ２２の設置位置（すなわち、車輌運動検出装置２０による車輌１の動きの計測位置）での振動で近似している。特にこれに限定されず、後述のステップＳ３０８で実際に算出する画面４１の動き（振動データ）を、上記式（５）のＦ_ｄ（ｔ）として用いてもよい。

次いで、ステップＳ３０７において、乗員運動推定部３８が、ステップＳ３０５で乗員３の着座位置での振動とみなされた車輌１の運動、又は、ステップ３０５で推定された乗員３の着座位置での振動Ｆ_ｐ（ｔ）を、振動伝達モデルＧ（ｓ）に入力することで、車輌１の動きに伴って生じる乗員３の頭部４の中心の動きを推定する。

次いで、ステップＳ３０８において、車輌運動推定部３７が、ステップＳ３０２で計測された車輌１の動きと、車輌運動検出装置２０及び表示モニタ４０の設置位置の幾何学的位置関係とから、車輌１の動きに伴う表示モニタ４０の画面４１の動きを算出する。

次いで、ステップＳ３０９において、乗員運動推定部３８が、ステップＳ３０７で推定された乗員３の頭部４の中心の動きと、頭部４の中心位置と眼球との幾何学的位置関係とに基づいて、車輌１の動きに伴う乗員３の眼球の動きを算出する。

次いで、ステップＳ３１０において、乗員運動推定部３８が、ステップＳ３０８で算出された画像４１の動きと、ステップＳ３０９で算出された乗員３の眼球の動きとに基づいて、乗員３の眼球に対する画面４１の相対変位量を算出する。そして、ステップＳ３１１において、乗員運動推定部３８が、ステップＳ３１０で算出した相対変位量を相殺するような画像移動量を算出する。

次いで、ステップＳ３１２において、画像制御部３５が、画像入力部３４から入力された画像を画面４１上において画像移動量分だけ移動させるように画像データを加工し、ステップＳ３１３において、表示モニタ４０が、加工後の画像を画面４１に表示する。これにより、表示モニタ４０の画面４１内に表示されている画像が、乗員３の眼球に対して常に一定の位置にあるようにシフトする。

表示モニタ４０の画面電源がオフになるまで（ステップＳ３１４にてＹＥＳ）、ステップＳ３０２からステップＳ３１３の処理を繰り返す（ステップＳ３１４にてＮＯ）。

以上のように、本実施形態では、表示モニタ４０の設置位置と乗員３の着座位置との間の距離に起因する振動入力の時間差を考慮して、乗員３の頭部４の動きを推定することができるので、画面４１の動きと乗員３の動きとの間に生じる位相差を抑制することができ、乗員３に安定した画像を提供することができる。

なお、第１〜第３実施形態の車輌運動検出装置２０が本発明の車輌運動検出手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態の表示モニタ４０が本発明の表示手段の一例に相当する。また、第１及び第２実施形態の車輌／乗員運動推定部３１や第３実施形態における車輌運動推定部３７が本発明の画面運動推定手段の一例に相当する。また、第１及び第２実施形態の車輌／乗員運動推定部３１及び第３実施形態の乗員運動推定部３８が本発明の乗員運動推定手段及び変位演算手段の一例に相当し、第１〜第３実施形態における画像制御部３５が本発明の表示制御手段の一例に相当する。また、第１及び第２実施形態のシート／乗員パラメータ補正部３２や第２実施形態の車輌パラメータ補正部３６が本発明のパラメータ補正手段の一例に相当し、第１及び第２実施形態の制御遅れ補正部３３が本発明の制御遅れ補正手段の一例に相当する。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…車輌
２…シート
３…乗員
４…頭部
１０Ａ~１０Ｃ…車載表示装置
２０…車両運動検出装置
２１…加速度センサ
２２…角速度センサ
２３…速度センサ
２５…乗員位置／積載量検出装置
２６…着座センサ
２７…ストロークセンサ
３０Ａ~３０Ｃ…画像制御装置
３１…車輌／乗員運動推定部
３２…シート／乗員パラメータ補正部
３３…制御遅れ補正部
３４…画像入力部
３５…画像制御部
３６…車輌パラメータ補正部
３７…車輌運動推定部
３８…乗員運動推定部
４０…表示モニタ
４１…画面

Claims (9)

1. 車輌の動きを検出する車輌運動検出手段と、
   画像を画面に表示する表示手段と、
   前記車輌運動検出手段により検出された車輌の動きに基づいて、前記車輌の動きに伴う前記画面の動きを推定する画面運動推定手段と、
   前記車輌運動検出手段により検出された車輌の動きを、前記乗員の振動パラメータを少なくとも含む振動伝達モデルに入力することで、前記乗員の動きを推定すると共に、前記乗員の動きの所定時間に亘る時系列データから前記乗員の動きにおける振幅を算出する乗員運動推定手段と、
   前記画面運動推定手段により推定された前記画面の動きと、前記乗員運動推定手段により推定された前記乗員の動きと、に基づいて、前記乗員に対する前記画面の相対変位量を演算する変位演算手段と、
   前記相対変位量に基づいて、前記画面に表示されている前記画像を移動させる表示制御手段と、
   前記乗員運動推定手段により算出された前記乗員の動きにおける振幅に基づいて、前記振動伝達モデルにおける前記乗員の振動パラメータを変更するパラメータ補正手段と、を備えたことを特徴とする車載表示装置。
2. 請求項１に記載の車載表示装置であって、
   前記乗員の振動パラメータは、前記乗員の剛性及び減衰係数を少なくとも含み、
   前記パラメータ補正手段は、前記乗員の動きにおける振幅が小さくなるほど前記乗員の剛性を大きくすると共に前記乗員の減衰係数を小さくするように変更することを特徴とする車載表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の車載表示装置であって、
   前記振動伝達モデルは、前記乗員が着座しているシートの振動パラメータを有しており、
   前記パラメータ手段は、前記乗員運動推定手段により算出された前記乗員の動きにおける振幅に基づいて、前記振動伝達モデルにおける前記シートの振動パラメータを変更することを特徴とする車載表示装置。
4. 請求項３に記載の車載表示装置であって、
   前記シートの振動パラメータは、前記シートの剛性及び減衰係数を含み、
   前記パラメータ補正手段は、前記乗員の動きにおける振幅が小さくなるほど前記シートの剛性を大きくすると共に前記シートの減衰係数を小さくするように変更することを特徴とする車載表示装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の車載表示装置であって、
   前記乗員運動推定手段は、前記車輌運動検出手段により検出された車輌の動きを、前記車輌の振動パラメータを少なくとも含む振動伝達モデルに入力することで、前記乗員に生じた動きを推定し、
   前記パラメータ補正手段は、前記車輌の積載量に基づいて、前記振動伝達モデルにおける前記車輌の振動パラメータを変更することを特徴とすることを特徴とする車載表示装置。
6. 請求項５に記載の車載表示装置であって、
   前記車輌の振動パラメータは、前記車輌の剛性及び減衰係数を少なくとも含むことを特徴とする車載表示装置。
7. 請求項５又は６に記載の車載表示装置であって、
   前記パラメータ補正手段は、前記乗員の着座位置に基づいて、前記振動伝達モデルが有する制御ゲインを変更することを特徴とする車載表示装置。
8. 車輌の動きを検出する車輌運動検出手段と、
   画像を画面に表示する表示手段と、
   前記車輌運動検出手段により検出された車輌の動きに基づいて、前記車輌の動きに伴う前記画面の動きを推定する画面運動推定手段と、
   前記車輌の速度と、前記車輌運動検出手段の設置位置と、前記乗員の着座位置とに基づいて、前記車輌運動検出手段により検出された車輌の動きから、前記乗員の着座位置での前記車輌の動きを推定する車輌運動推定手段と、
   前記車輌運動推定手段により推定された前記乗員の着座位置での前記車輌の動きに基づいて、前記車輌の動きに伴う前記乗員の動きを推定する乗員運動推定手段と、
   前記画面運動推定手段により推定された前記画面の動きと、前記乗員運動推定手段により推定された前記乗員の動きと、に基づいて、前記乗員に対する前記画面の相対変位量を演算する変位演算手段と、
   前記相対変位量に基づいて、前記画面に表示されている前記画像を移動させる表示制御手段と、を備えたことを特徴とする車載表示装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の車載表示装置であって、
   前記車輌運動検出手段による前記車輌の動きの検出から、前記表示制御手段による画像制御までの間に生じた制御遅れ時間を相殺するように、前記相対変位量を補正する制御遅れ補正手段を備えたことを特徴とする車載表示装置。

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