JP6756327B2 - 姿勢検出装置、及び姿勢検出プログラム - Google Patents

Description

この明細書による開示は、車両の姿勢を検出する姿勢検出の技術に関する。

従来、車両の姿勢を検出する装置の一つとして、例えば特許文献１には、車両周囲の路面にパターン光を投光する投光器と、パターン光が投影された領域の路面を撮影する撮像部とを備えた自己位置算出装置が開示されている。特許文献１の自己位置算出装置は、路面におけるパターン光の位置に基づき、車両の姿勢角を算出する。

特開２０１５−１５８４１７号公報

さて、車両の姿勢角を検出するために、パターン光を投影する投光器を搭載することは、構成の複雑化を引き起こすため、現実的とは言い難い。故に、一般的に車両に搭載されるセンサ、一例としては、上下方向の変位を検出する加速度センサ及び車高センサ等の検出情報に基づき、車両の姿勢角を演算する構成が、より現実的である。しかし、上記のようなセンサを用いた場合、特にピッチ角の演算については、走行中の道路勾配の影響を受け易く、検出精度の低下が引き起こされることが、新たに明らかとなった。

本開示は、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配に起因するピッチ角の検出精度の低下を抑制可能な姿勢検出装置及び姿勢検出プログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、車両の姿勢を検出する姿勢検出装置であって、車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサ（４０）の検出情報を取得する検出情報取得部（７１）と、検出情報に基づき、車両のピッチ角を演算する姿勢演算部（７５）と、車両が走行する道路の勾配を示した勾配情報を取得する勾配情報取得部（７２）と、勾配情報に基づき、姿勢演算部の演算に用いられる検出情報とピッチ角との相関を補正する相関補正部（７４）と、を備える姿勢検出装置とされる。

さらに、開示された一つの態様は、車両の姿勢を検出する姿勢検出プログラムであって、少なくとも一つの処理部（６１）を、車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサ（４０）の検出情報を取得する検出情報取得部（７１）、検出情報に基づき、車両のピッチ角を演算する姿勢演算部（７５）、車両が走行する道路の勾配を示した勾配情報を取得する勾配情報取得部（７２）、勾配情報に基づき、姿勢演算部の演算に用いられる検出情報とピッチ角との相関を補正する相関補正部（７４）、として機能させる姿勢検出プログラムとされる。

上記のようなセンサの検出情報とピッチ角との相関は、道路勾配の大きさに応じて実質的に一意の変化を示し得る。こうした事象への着目により、上記の態様では、センサの検出情報とピッチ角との相関が、走行中の道路の道路勾配に適合した状態に補正される。以上によれば、勾配のある道路を走行中でも、演算されるピッチ角は、道路勾配の影響を受け難くなり、精度を維持した値となり得る。したがって、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配に起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

本開示の第一実施形態による表示制御装置を含む車載システムの全体像を示すブロック図である。 車高センサの一例を示す斜視図である。 傾斜の無い平坦路における車両の状態を示す図である。 坂道における車両の状態と、道路勾配及び車両勾配の関係とを示す図である。 平坦路において運転者に視認されるＡＲ表示の一例を示す図である。 坂道において運転者に視認されるＡＲ表示の一例を示す図である。 ３次元地図データから道路勾配を算出する方法の一例を示す図である。 車高センサの出力値からピッチ角を算出する傾きモデルであって、道路勾配に基づき補正される相関関数の一例を示す図である。 姿勢演算部にて実施される姿勢検出処理を示すフローチャートである。 補正値演算部にて実施される補正値演算処理を示すフローチャートである。 第二実施形態による表示制御装置を含む車載システムの全体像を示すブロック図である。 前方カメラを用いて道路勾配を算出する方法を説明するための図である。 図１２に示すシーンにて撮影される撮像画像から、道路勾配を算出する処理の詳細を説明するための図である。 第三実施形態による表示制御装置を含む車載システムの全体像を示すブロック図である。 第四実施形態による表示制御装置を含む車載システムの全体像を示すブロック図である。 第五実施形態による表示制御装置を含む車載システムの全体像を示すブロック図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１に示す本開示の第一実施形態による表示制御装置１００は、車両において用いられる虚像表示システム１１０に適用されている。虚像表示システム１１０は、車両に関連する種々の情報を、車両の前景に重畳される虚像Ｖｉを用いて運転者に提示する。虚像表示システム１１０は、光学ユニット１０及び表示制御装置１００等を組み合わせることによって構成されている。

光学ユニット１０は、車両に搭載された複数の表示器のうちの一つであって、表示制御装置１００に電気的に接続されている。光学ユニット１０は、車両のウィンドシールドＷＳに規定された投影領域ＰＡに表示光像の光を投影し、表示光像の虚像Ｖｉを車両の搭乗者（例えば運転者）から視認可能に表示する。光学ユニット１０は、虚像Ｖｉを表示するための構成として、プロジェクタ１１及び反射光学系１２を有している。

プロジェクタ１１は、虚像Ｖｉとして結像される表示光像の光を、反射光学系１２へ向けて射出する。反射光学系１２は、プロジェクタ１１から入射した表示光像の光を投影領域ＰＡに投影する。ウィンドシールドＷＳに投影された光は、投影領域ＰＡによってアイポイント側へ向けて反射され、運転者によって知覚される。尚、投影領域ＰＡは、ウィンドシールドＷＳとは別体で設けられたコンバイナ等の投影部材に規定されてもよい。

表示制御装置１００は、車両に搭載された表示器による表示を制御する電子制御ユニットである。表示制御装置１００は、光学ユニット１０による虚像表示を制御するための機能の一つとして、車両の姿勢を検出する機能を有している。表示制御装置１００は、車両の姿勢変化に合わせて表示光像の投影位置及び投影形状を補正し、前景中の適切な位置に適切な形状の虚像Ｖｉが結像されるよう制御する（図６参照）。表示制御装置１００は、車両姿勢の検出に必要な情報を取得するため、自車位置検出装置２１、３次元地図データベース２２、モデル記憶部２４、車両状態センサ２６、乗員検知センサ２７及び車高センサ４０等と直接的又は間接的に電気接続されている。

自車位置検出装置２１は、複数の人工衛星からの測位信号を受信する。自車位置検出装置２１は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＩＲＮＳＳ、ＱＺＳＳ、Ｂｅｉｄｏｕ等の衛星測位システムのうちで、少なくとも一つの衛星測位システムの各測位衛星から、測位信号を受信可能である。自車位置検出装置２１は、受信した測位信号に基づき、車両の位置を計測する。自車位置検出装置２１は、計測した車両の位置情報を表示制御装置１００へ向けて逐次出力する。

３次元地図データベース（以下、「３次元地図ＤＢ」）２２は、多数の３次元地図データ及び２次元地図データを格納した大容量の記憶媒体を主体とする構成である。３次元地図データは、車両の自動運転を可能にする高精度な地図データである。３次元地図データでは、地形及び構造物が３次元の座標情報を持った点群によって表現されている。３次元地図ＤＢ２２は、ネットワークを通じて、３次元地図データを最新の情報に更新可能である。３次元地図ＤＢ２２は、表示制御装置１００からの要求に応じて、車両の周辺及び進行方向の３次元地図データを表示制御装置１００に提供可能である。尚、提供を要求されたエリアの３次元地図データが未整備である場合、３次元地図ＤＢ２２は、ナビゲーション等に用いられる通常の２次元地図データを表示制御装置１００に提供する。

モデル記憶部２４は、記憶媒体を主体とする構成であって、路面に対する車両の傾きを演算するために必要な傾きモデルを記憶している。傾きモデルは、車両毎に異なる固有の数値又は関数等であり、試験又は計算等によって予め取得されている。モデル記憶部２４は、傾きモデルの一つとして、車高センサ４０の出力値と、車両のピッチ角との相関関係を示す関数（図８参照）を記憶している。モデル記憶部２４は、表示制御装置１００からの要求に応じて、車両の現在の状態に対応する傾きモデルを表示制御装置１００に提供する。

車両状態センサ２６は、車両に搭載され、車両の状態を検出するセンサ群である。車両状態センサ２６には、例えば車速センサ、舵角センサ、加速度センサ、アクセルポジションセンサ（以下、「ＡＰセンサ」）及びブレーキペダルセンサ等が含まれている。表示制御装置１００には、車速センサにて検出される車速情報、舵角センサにて検出される舵角（ハンドル角）情報、加速度センサにて検出される前後方向の加速度情報等が逐次提供される。加えて表示制御装置１００には、ＡＰセンサにて検出されるアクセル開度情報、及びブレーキペダルセンサにて検出されるブレーキ踏力情報等も、逐次提供される。

乗員検知センサ２７は、車両に搭乗している搭乗者数を計測するためのセンサである。乗員検知センサ２７は、運転席、助手席及び後部座席等の各着座面に配置されている。乗員検知センサ２７は、例えば荷重の印加によってオン及びオフが切り替わるスイッチであり、各着座面への搭乗者の着座を検知する。乗員検知センサ２７による検知結果は、車両のどの座席に乗員が着座しているかを示す情報となり、表示制御装置１００によって逐次取得される。

図２に示す車高センサ４０は、車両が置かれた路面からボディまでの高さを計測するため、車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサである。車高センサ４０は、ボディに懸架されたサスペンションアームの動作によって上下方向に変位する特定の車輪について、ボディに対する沈み込み量を計測する。具体的に、車高センサ４０は、ボディとサスペンションアームとの間の相対距離を検出情報として取得し、表示制御装置１００へ向けて逐次出力する。車高センサ４０は、車両の前後方向にて中央よりも後方に一つだけ取り付けられており、車両後部での上下方向の変位を計測する。車高センサ４０は、右ハンドル車両の場合、左リヤのサスペンションに取り付けられており、左ハンドル車両の場合、右リヤのサスペンションに取り付けられている。尚、上記の上下方向は、重力の向きに沿った鉛直方向とする。

車高センサ４０は、第一連結部４１、第二連結部４２及び計測部４３を有している。第一連結部４１は、第二連結部４２に対して相対回転可能である。第一連結部４１は、ボディ及びサスペンションアームのうちの一方（例えばボディ側）に連結されている。第一連結部４１は、一例としてボディのサブフレームＳＦに取り付けられている。

第二連結部４２は、ボディ及びサスペンションアームのうちで、第一連結部４１と連結されていない他方（例えばサスペンション側）に連結されている。第二連結部４２は、懸架装置において車輪を支持する複数の支持要素のうちで、例えばロアアームＬＡに取り付けられている。

計測部４３は、サブフレームＳＦに対するロアアームＬＡの上下方向の変位量を計測する。詳記すると、ロアアームＬＡの揺動に伴い、第一連結部４１は、第二連結部４２に対して相対回転する。計測部４３は、ロアアームＬＡの上下方向の変位量として、第一連結部４１の相対回転量を計測する。計測部４３は、一例として磁石及びホール素子を有する構成であり、第一連結部４１の回転に伴う磁束の変化を、ホール素子によって検出する。尚、計測部４３は、発光ダイオード及びフォトトランジスタを組み合わせた構成により、第一連結部４１の相対回転量を計測してもよい。車高センサ４０は、計測部４３の出力値を検出情報として表示制御装置１００に逐次提供する。

表示制御装置１００は、図１に示すように、処理部６１、ＲＡＭ６２、メモリ装置６３及び入出力インターフェースを有するコンピュータを主体に構成された電子制御ユニットである。処理部６１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の少なくとも一つを含む構成である。処理部６１には、ＡＩ（Artificial Intelligence）の学習及び推論に特化した専用のプロセッサが含まれていてもよい。メモリ装置６３には、処理部６１によって実行される種々のプログラムが格納されている。具体的にメモリ装置６３には、姿勢検出プログラム及び表示制御プログラム等が記憶されている。

姿勢検出プログラムは、車両の姿勢角を算出するプログラムであって、図３及び図４に示すように、走行中の道路の道路勾配θ、車両に生じているピッチ角、及び水平基準平面ＨＲＰに対する車両勾配φを演算可能なプログラムである。ここで、水平基準平面ＨＲＰは、重力方向に対して直交する仮想平面である。図３に示すように、水平基準平面ＨＲＰに沿った傾斜の無い平坦路を車両が走行している場合、道路勾配θ及び車両勾配φは、共に同一であって、実質的にゼロとなる。加えて、平坦路に車両が置かれた状態であり、且つ、前後方向の加速度及びフレーキ力等が共に作用していない場合、ピッチ角は、実質的にゼロとなる。一方、図４に示すように、水平基準平面ＨＲＰに対して傾斜した坂道を車両が走行している場合、車両勾配φは、道路勾配θとは異なった値となる。具体的には、車両に生じたピッチ角を道路勾配θに加えた値が、車両勾配φとなる。

表示制御プログラムは、虚像Ｖｉの表示を制御するプログラムであって、図５及び図６に示すように、前景中の重畳対象に虚像Ｖｉを重ねてなる拡張現実（以下、「ＡＲ（Augmented Reality）」）表示を実現するプログラムである。一例として、表示制御プログラムは、走行中の車線の範囲を示す虚像Ｖｉを、前景中における左右の区画線ＣＬの間に重畳表示する。ここで、投影領域ＰＡを通して運転者に視認される路面の形状は、車両が平坦路を走行している場合（図３参照）と、車両が坂道を登坂している場合（図４参照）とで異なってくる。そのため、坂道での補正が実施されない場合、重畳対象からずれた虚像Ｖｉｘ（図４参照）が表示され得る。表示制御プログラムは、姿勢検出プログラムの演算結果を用いることで、虚像Ｖｉの結像位置及び形状を、道路勾配θ及び車両の姿勢変化等に合わせて適切に制御する。

図１に示すように、表示制御装置１００は、処理部６１による姿勢検出プログラムの実行により、情報処理部７１、勾配算出部７２、状態推定部７３、相関補正部７４及び姿勢演算部７５等の機能ブロックを有する。加えて表示制御装置１００は、処理部６１による表示制御プログラムの実行により、補正値演算部７６及び表示制御部７７等の機能ブロックを有する。

情報処理部７１は、サブフレームＳＦ及びロアアームＬＡ（図２参照）間の相対距離を示す検出情報として、車高センサ４０の出力値を取得する。加えて情報処理部７１は、上下方向の変位を車両に生じさせる負荷が作用していない無負荷状態を、状態推定部７３から取得する状態情報に基づき検知する。情報処理部７１は、無負荷状態での車高センサ４０の出力値を、ピッチ角がゼロの状態を示す初期値として設定する。

勾配算出部７２は、自車位置検出装置２１から取得する車両の位置情報に基づき、３次元地図ＤＢ２２から、３次元地図データを取得する。勾配算出部７２は、取得した３次元地図データを用いて、車両が走行する道路の道路勾配θ（図４参照）を算出する。道路勾配θは、道路の縦断勾配を示す勾配情報であり、上りの坂道では正の値をとり（図４参照）、下りの坂道では負の値をとる。

一例として勾配算出部７２は、図７に示すように、３次元地図データに含まれる点群の情報から、坂道を規定する二点Ｐ１，Ｐ２の緯度、経度及び高度を示した各座標（図７の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）参照）を特定する。そして、勾配算出部７２は、二点Ｐ１，Ｐ２の各座標を用いた幾何計算により、坂道の道路勾配θを取得する。

図１に示す勾配算出部７２は、状態推定部７３から車速情報を取得し、車両の位置情報を補正してもよい。詳記すると、自車位置検出装置２１から取得する位置情報には、概ね一定の遅延時間（１００〜２００ミリ秒）が発生している。故に、勾配算出部７２は、位置情報に対して、遅延時間のうちに車両が移動した距離分を車速情報に基づいて地図上で補正すれば、車両の現在位置を高精度に特定可能となる。

状態推定部７３は、車両状態センサ２６及び乗員検知センサ２７から取得する各種の情報に基づき、車両の状態を推定する。状態推定部７３は、乗員検知センサ２７による搭乗者の検知結果を取得し、検知された搭乗者の人数と着座位置に基づき、車両の重量及び重心位置を推定する。重量及び重心位置の推定において、個々の搭乗者の体重値は、予め規定された平均的な値で代用される。加えて状態推定部７３は、車速情報、舵角情報、加速度情報、アクセル開度情報及びブレーキ踏力情報を組み合わせて、車両が無負荷状態であるか否かを判定する。車両の無負荷状態を示す状態情報は、情報処理部７１に提供され、初期値の設定に用いられる。

相関補正部７４は、検出情報である車高センサ４０の出力値と車両のピッチ角との相関を補正する処理（以下、「相関補正処理」）を実施する。相関補正部７４は、状態推定部７３にて推定された車両の状態情報を取得し、現在の重量及び重心位置に対応した傾きモデルを、モデル記憶部２４から取得する。取得される傾きモデルは、平坦路（図３参照）での車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関を示した関数である。

相関補正部７４は、車両の状態に合わせて、傾きモデルのキャリブレーションを行う。具体的に、相関補正部７４は、勾配算出部７２にて算出された道路勾配θを取得する。相関補正部７４は、平坦路を想定した基準となる関数（図８の実線参照）の傾きを、道路勾配θの正負及び絶対値に応じて変更する（図８の破線参照）。以上の処理を、相関補正部７４は、相関補正処理として実施する。

尚、相関補正部７４は、上記の相関補正処理として、重量及び重心位置と道路勾配θの両方に対応する傾きモデルを、モデル記憶部２４から適宜読み込む処理を実施してもよい。或いは相関補正部７４は、重量及び重心位置と道路勾配θの両方に基づき、基準となる傾きモデルを補正する処理を、上記の相関補正処理として実施してもよい。

姿勢演算部７５は、姿勢検出処理（図９参照）を繰り返し実施する。具体的に、姿勢演算部７５は、情報処理部７１から車高センサ４０の出力値を取得する（図９ Ｓ１１参照）とともに、相関補正部７４から補正された傾きモデル（図８参照）を取得する（図９ Ｓ１２参照）。そして姿勢演算部７５は、車高センサ４０の出力値を傾きモデルに適用する処理により（図８ 鎖線矢印を参照）、車両に生じているピッチ角を算出する（図９ Ｓ１３参照）。尚、姿勢演算部７５は、傾きモデルを取得する処理を、出力値を取得する処理に先行して実施してもよい。

補正値演算部７６は、補正値演算処理（図１０参照）を繰り返し実施する。補正値演算処理は、ピッチ角の変化に伴う表示光像の投影位置のずれ等を補正するための補正情報を生成する処理である。補正値演算部７６は、姿勢演算部７５からピッチ角を取得する（図１０ Ｓ２１参照）とともに、勾配算出部７２から勾配情報である道路勾配θ（図７参照）を取得する（図１０ Ｓ２２参照）。そして補正値演算部７６は、道路勾配θにピッチ角を加算する処理により、車両勾配φを算出する（図１０ Ｓ２３参照）。さらに補正値演算部７６は、算出した車両勾配φに基づき、虚像Ｖｉの結像位置及び形状を補正するための補正情報を演算する（図１０ Ｓ２４参照）。尚、補正値演算部７６は、道路勾配θを取得する処理を、ピッチ角を取得する処理に先行して実施してもよい。

表示制御部７７は、プロジェクタ１１によって投影される表示光像の映像データを生成し、光学ユニット１０へ向けて逐次出力する。光学ユニット１０では、映像データに基づく表示光像の光が投影領域ＰＡに投影され、虚像Ｖｉとして結像される。表示制御部７７は、３次元地図データ、及び車両に搭載されたカメラ等の外界センサの認識情報等に基づき、虚像Ｖｉを重畳させる重畳対象の相対位置を特定する。表示制御部７７は、取得した重畳対象の相対位置、及び運転者のアイリプス及び投影領域ＰＡの各位置の関係に基づき、投影領域ＰＡにて表示光像の光を投影する投影位置を、幾何学的な演算によって設定する。表示制御部７７は、道路勾配θが実質的にゼロであり、且つ、車両の姿勢変化が生じていない場合の表示光像の投影位置を、基準位置として設定する。

表示制御部７７は、道路勾配θ及びピッチ角の変化に伴う表示光像の投影位置のずれを予め補正した映像データを生成する。詳記すると、表示制御部７７は、補正値演算部７６から取得する補正情報に基づき、道路勾配θ及びピッチ角の変化に伴う表示光像の投影位置の基準位置からの補正量を算出する。表示制御部７７は、映像データを構成する各フレームにて、補正量を反映した補正後の投影位置に表示光像が投影されるように、虚像Ｖｉとなる元画像の描画位置及び形状を設定し、光学ユニット１０によって虚像表示させる。こうした処理によれば、坂道を登坂中の車両においても、虚像Ｖｉは、路面等の重畳対象に正しく重畳可能となる（図６参照）。

ここまで説明したように、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関は、道路勾配θの大きさに応じて、実質的に一意の変化を示し得る。こうした事象への着目により、第一実施形態では、３次元地図データから把握される勾配情報に基づき、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関を示す関数（傾きモデル）は、走行中の道路の道路勾配θに適合した状態に補正され得る。以上によれば、勾配のある坂道を走行中でも、演算されるピッチ角は、道路勾配θの影響を受け難くなり、精度を維持した値となり得る。したがって、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配θに起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

加えて第一実施形態では、検出されたピッチ角を用いて車両勾配φが算出され、車両勾配φから演算される補正情報を用いて、虚像Ｖｉの結像位置及び形状が補正される。以上のように、前景中の重畳対象に虚像Ｖｉを追従させる処理に、検出精度が確保されたピッチ角を用いることによれば、虚像Ｖｉを用いた高品質なＡＲ表示が、運転者に提供可能となる。

また第一実施形態の表示制御装置１００は、車高センサ４０の出力値を用いて車両のピッチ角を算出する。こうした車高センサ４０は、例えば前照灯の光軸を調整するシステムに用いられる検出構成として、広く普及している。故に、車両状態に合わせて較正された傾きモデルを用いることで、車高センサ４０の出力値から精度が確保されたピッチ角を取得する表示制御装置１００は、虚像Ｖｉを用いてＡＲ表示を行う虚像表示システム１１０の実現性の向上に、顕著に貢献可能となる。

尚、第一実施形態では、車高センサ４０が「センサ」に相当し、情報処理部７１が「検出情報取得部」に相当し、勾配算出部７２が「勾配情報取得部」に相当し、表示制御装置１００が「姿勢検出装置」に相当する。

（第二実施形態）
図１１〜図１３に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の表示制御装置２００は、自車位置検出装置２１及び３次元地図ＤＢ２２に替えて、前方カメラ２３と接続されている。また表示制御装置２００では、勾配算出部７２、補正値演算部７６及び表示制御部７７にて実施される処理が、第一実施形態とは異なっている。

前方カメラ２３は、車両の進行方向（前方）を向く姿勢にて、車両の室内のバックミラー近傍に設置されている。前方カメラ２３の撮像範囲は、車両の周囲のうちで特に前方領域に設定されている。前方カメラ２３は、前方領域を連続的に撮影し、進行方向の路面及び水平線を写した一連の撮像画像Ｐｉを生成する。前方カメラ２３による撮像画像Ｐｉは、例えばプリクラッシュセーフティシステム及びレーンキーピングアシスト等の制御に用いられる。

勾配算出部７２は、車両の重量の推定値を示す情報に加え、車両状態センサ２６から出力されたアクセル開度情報及び加速度情報等を、状態推定部７３から取得可能である。勾配算出部７２は、走行中の道路の路面が水平基準平面ＨＲＰに沿うような実質的に水平な水平路であるか否かを判定する機能を有している。具体的に、勾配算出部７２は、アクセル開度と、車両に生じている前後方向の加速度との比較に基づき、車両が水平路を走行中か否かを判定する。

さらに詳記すると、車両の駆動力は、アクセル開度情報に基づき推定可能である。加えて、車両の重量は、乗員検知センサ２７の検知結果に基づき、状態推定部７３にて推定されている。故に、水平路にて車両に生じる加速度は、アクセル開度情報から一意に導出され得る。そのため、加速度情報の示す実際の加速度が、アクセル開度情報から導出された加速度と同一又は近似している場合に、状態推定部７３は、車両が水平路を走行中であると判定できる。

勾配算出部７２は、前方カメラ２３にて撮影された前方領域の撮像画像Ｐｉに基づき、車両が走行する道路の道路勾配θを示した勾配情報を取得する。走行中の道路区間（以下、「第一区間Ｓ１」）と前方の道路区間（第二区間Ｓ２）との傾斜が異なっている場合（図１２参照）、撮像画像Ｐｉでは、第一区間Ｓ１の区画線ＣＬ１に対して、第二区間Ｓ２の区画線ＣＬ２が屈曲した状態となる（図１３参照）。勾配算出部７２は、二つの区画線ＣＬ１の延長上にある仮想交点ＣＰ１と、二つの区画線ＣＬ２の延長上にある仮想交点ＣＰ２との間隔から、第二区間Ｓ２の第一区間Ｓ１に対する相対的な道路勾配、換言すれば、縦断勾配の変化量θｒを演算する。以上のように、進行方向の道路の相対的な勾配は、撮像画像Ｐｉに基づき演算可能である。

勾配算出部７２は、水平路を走行中の道路勾配を基準として、撮像画像Ｐｉから算出する縦断勾配の変化量θｒを加算又は減算する累計処理を繰り返し、走行中の道路の道路勾配θを取得する。勾配算出部７２は、走行中の第一区間Ｓ１が水平路であると判定した場合、道路勾配θを基準値であるゼロに戻す。こうして算出された撮像画像Ｐｉに基づく道路勾配θは、相関補正部７４に提供され、傾きモデルのキャリブレーションに用いられる。

補正値演算部７６は、補正値演算処理（図１０参照）を繰り返し実施し、虚像Ｖｉの結像位置及び形状を補正するための補正情報を、車両勾配φ（図４参照）に合わせて継続的に演算する。補正値演算部７６は、取得した補正情報を、表示制御部７７ではなく、光学ユニット１０に逐次提供する。

表示制御部７７は、表示光像の映像データを生成し、光学ユニット１０へ向けて逐次出力する。光学ユニット１０のプロジェクタ１１には、映像データと補正情報の両方が入力される。プロジェクタ１１は、映像データの各フレームにおける元画像の描画位置及び形状を、補正情報に基づき補正したうえで、投影領域ＰＡへの投影を行う。以上によれば、坂道を走行中の車両においても、重畳対象への虚像Ｖｉの重畳が正しく実施される（図６参照）。

ここまで説明した第二実施形態では、前方カメラ２３にて撮影された撮像画像Ｐｉに基づき、走行中の道路の勾配情報が取得される。こうした勾配情報に基づくことでも、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関は、走行中の道路の道路勾配θに適合した状態に補正され得る。したがって、第二実施形態でも、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配θに起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

加えて第二実施形態では、水平路の判定処理が実施され、道路勾配θの値は、水平路を走行中に基準値であるゼロにリセットされる。故に、撮像画像Ｐｉを用いて道路勾配θを算出する形態であっても、変化量θｒの誤差の累積に起因する道路勾配θの精度悪化が抑制され得る。その結果、ピッチ角の検出精度も、高く維持可能となる。尚、第二実施形態では、前方カメラ２３が「撮像部」に相当し、表示制御装置２００が「姿勢検出装置」に相当する。

（第三実施形態）
図１４に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態による表示制御装置３００を搭載する車両は、運転者に替わって車両の運転操作を実施可能な自動運転機能を備えている。自動運転機能は、主に自動運転ＥＣＵ２５によって実現されている。自動運転ＥＣＵ２５は、車両に搭載された複数の電子制御ユニットの一つであって、表示制御装置３００等の構成と直接的又は間接的に電気接続されている。

自動運転ＥＣＵ２５は、位置情報及び３次元地図データに基づき自車位置を認識する機能、前方カメラ２３等の検出情報から車両の周囲を認識する機能、車両の行動計画を策定する機能、並びに行動計画に基づき車両挙動を制御する機能等を有している。自動運転ＥＣＵ２５は、運転操作の制御権を運転者から取得することにより、車両を自律走行させる（自動運転モード）。一方で、運転操作の制御権が運転者にある手動運転の状態（手動運転モード）では、自動運転ＥＣＵ２５は、自動運転機能を停止させている。

状態推定部７３は、車両状態センサ２６及び乗員検知センサ２７に加えて、自動運転ＥＣＵ２５と接続されている。状態推定部７３は、自動運転機能の作動状態を示すステータス情報を、自動運転ＥＣＵ２５から取得する。状態推定部７３は、自動運転ＥＣＵ２５から取得するステータス情報を、勾配算出部７２に逐次出力する。

勾配算出部７２は、自車位置検出装置２１及び３次元地図ＤＢ２２に加えて、前方カメラ２３と接続されている。勾配算出部７２は、位置情報及び３次元地図データに基づいて道路勾配θを算出する第一実施形態と実質同一の演算機能（図７参照）と、前方カメラ２３の撮像画像Ｐｉから道路勾配θを算出する第二実施形態と実質同一の演算機能（図１３参照）とを有している。勾配算出部７２は、自動運転のステータス情報に基づき、道路勾配θの算出方法を切り替える。

具体的に、勾配算出部７２は、自動運転機能が車両を自律走行させている自動運転モードである場合には、位置情報及び３次元地図データに基づいて道路勾配θを算出する。一方で、自動運転機能が停止した手動運転モードである場合には、勾配算出部７２は、撮像画像Ｐｉ（図１３参照）に基づいて道路勾配θを算出する。これらいずれか一方の算出方法によって取得された道路勾配θが、相関補正部７４に提供され、傾きモデルである相関関数（図７参照）の補正に用いられる。

ここまで説明した第三実施形態のように、勾配算出部７２は、勾配情報を取得するための算出方法を複数のうちで切り替え可能であってもよい。異なる算出方法によって得られた勾配情報を用いたとしても、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関は、走行中の道路の道路勾配θに適合した状態に補正され得る。したがって、第三実施形態でも、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配θに起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

加えて、３次元地図データは、自動運転機能による自律走行が可能なエリアに対して優先的に整備される。故に、３次元地図データの有無は、自動運転機能による自律走行が可能な範囲内か否かと密接に関連し得る。こうした背景から、勾配算出部７２は、自動運転機能の作動停止に連動させて、３次元地図データを用いる算出方法から、３次元地図データに依らない算出方法に切り替える。以上によれば、勾配算出部７２は、３次元地図データが取得できなくなる前に、算出方法の切り替えを円滑に完了し得る。よって、３次元地図データの整備されたエリアから未整備のエリアに移動した場合でも、精度を確保されたピッチ角の演算が継続され得る。その結果、重畳対象に虚像Ｖｉが正しく重畳された状態も、高い確実性をもって維持可能となる。尚、第三実施形態では、表示制御装置３００が「姿勢検出装置」に相当する。

（第四実施形態）
図１５に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態による虚像表示装置４１０は、表示制御装置を表示器と一体化させた構成であり、光学ユニット１０と表示制御回路４００とを備えている。表示制御回路４００は、表示制御装置に相当する電気構成であり、複数の機能ブロック（７１〜７７）を有している。

表示制御回路４００の勾配算出部７２は、第二実施形態と同様に、車両の重量の推定値を示す情報に加え、車両状態センサ２６から出力されたアクセル開度情報及び加速度情報等を、状態推定部７３から取得する。勾配算出部７２は、位置情報及び３次元地図データから道路勾配θを算出する第一実施形態と実質同一の演算機能（図７参照）に加えて、アクセル開度と加速度との比較に基づき道路勾配θを算出する演算機能を有している。

上述したように、水平路を走行する車両に生じる加速度は、アクセル開度情報から一意に導出可能である。故に、加速度情報の示す実際の加速度（以下、「計測加速度」）と、アクセル開度情報から導出された加速度（以下、「推定加速度」）との差分は、車両に作用する登坂抵抗の大きさ、即ち、道路勾配θの大きさによって増減する。以上によれば、アクセル開度情報及び加速度情報から、道路勾配θを算出する３次元の演算マップが予め規定可能となる。勾配算出部７２は、アクセル開度情報及び加速度情報の演算マップへの適用により、道路勾配θを算出できる。

勾配算出部７２は、３次元地図ＤＢ２２から３次元地図データを取得できている場合には、位置情報及び３次元地図データに基づいて道路勾配θを算出する。一方で、３次元地図データが未整備なエリアにて、車両が走行する道路についての３次元地図データを取得できない場合には、勾配算出部７２は、アクセル開度情報と加速度情報との比較に基づいて道路勾配θを算出する。これらいずれか一方の算出方法によって取得された道路勾配θが、相関補正部７４に提供され、相関関数（図７参照）の補正に用いられる。

ここまで説明した第四実施形態では、アクセル開度と前後方向の加速度との比較に基づき、走行中の道路の勾配情報が取得される。こうした勾配情報に基づくことでも、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関は、走行中の道路の道路勾配θに適合した状態に補正され得る。したがって、第四実施形態でも、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配θに起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

加えて、アクセル開度を検出するＡＰセンサ、及び前後方向の加速度を検出する加速度センサ等は、一般的な車両に既に搭載されている検出構成である。故に、こうした検出構成を用いて道路勾配θを推定する本開示の算出方法の採用によれば、一つの車高センサ４０のみで上下方向の変位を検出する構成と相俟って、姿勢検出のための構成追加は、さらに最小限に抑制可能となる。尚、第四実施形態では、虚像表示装置４１０が「姿勢検出装置」に相当する。

（第五実施形態）
図１６に示す第五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態における姿勢検出装置の機能は、光軸制御装置５００によって実現されている。光軸制御装置５００は、照明ユニット５１０と接続されており、前照灯の光軸ＯＡの位置を上下方向に調整する。

光軸制御装置５００は、第一実施形態と同様の複数の機能ブロック（７１〜７５）に加えて、光軸制御部５７７を有している。第五実施形態では、勾配算出部７２にて実施される道路勾配θの算出方法が、第一実施形態とは異なっている。以下、勾配算出部７２及び光軸制御部５７７にて実施される処理の詳細を順に説明する。

勾配算出部７２は、アクセル開度情報及び加速度情報を、車両状態センサ２６から取得する。勾配算出部７２は、第四実施形態と同様に、状態推定部７３にて推定される車両重量の推定値を取得し、アクセル開度と加速度との比較に基づいて道路勾配θを算出する。勾配算出部７２にて算出された道路勾配θは、相関補正部７４に提供され、傾きモデルのキャリブレーションに用いられる。

光軸制御部５７７は、照明ユニット５１０に設けられた光軸調整機構５１１と連携して、前照灯の光軸ＯＡを適切な位置に調整する。姿勢演算部７５では、相関補正部７４にて較正された傾きモデルへの車高センサ４０の出力値の当てはめにより、ピッチ角が算出される。光軸制御部５７７は、姿勢演算部７５にて算出されるピッチ角を用いて、車両の姿勢変化に伴う光軸ＯＡのずれを補正する。以上によれば、特に坂道を登坂中又は降坂中の車両においても、光軸ＯＡは、坂道の路面を正しく照射可能な位置に調整される。

ここまで説明した第五実施形態でも、第一実施形態等と同様の効果を奏し、車高センサ４０の出力値とピッチ角との相関が、道路勾配θに適合した状態に補正され得る。故に、姿勢検出に用いる構成の複雑化を回避しつつ、道路勾配θに起因するピッチ角の検出精度の低下が抑制可能となる。

加えて第五実施形態では、道路勾配θに応じて較正した傾きモデルに車高センサ４０の出力値を適用する処理により、車両のピッチ角が取得され、このピッチ角に基づき、光軸ＯＡの位置が調整される。こうした光軸ＯＡの位置制御は、道路勾配θを考慮することなく車高センサ４０の出力値を用いて光軸ＯＡを調整していた従来よりも、前照灯の照射範囲を適切に維持し続けることができる。尚、第五実施形態では、光軸調整機構５１１が「光軸調整部」に相当し、光軸制御装置５００が「姿勢検出装置」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態の変形例１では、車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサとして、上下方向の加速度を検出する加速度センサが用いられている。この加速度センサは、ボディ及びサスペンションアーム間の相対加速度を計測する。変形例１の情報処理部は、加速度センサにて検出された相対加速度を二回時間積分する演算により、上下方向の変位量を取得する。情報処理部は、変位量を積算する処理により、車高センサの出力値に相当する検出情報を取得できる。

上記第三実施形態の変形例２において、勾配算出部は、道路勾配θの算出方法を、３次元地図データの取得が可能か否かに基づき、切り替える。３次元地図データが整備されたエリアであれば、勾配算出部は、３次元地図データ及び位置情報に基づいて道路勾配θを算出する。一方で、３次元地図データが未整備のエリアであり、車両が走行する道路についての３次元地図データを取得できない場合には、勾配算出部は、前方カメラ２３にて撮影された撮像画像Ｐｉに基づき、道路勾配θを取得する。

上記第三実施形態の変形例３において、勾配算出部は、道路勾配θを算出する三つの演算機能を備えている。詳記すると、勾配算出部は、自動運転機能が動作している場合には、３次元地図データに基づいて道路勾配θを算出する。そして、自動運転機能が停止される場合、勾配算出部７２は、撮像画像Ｐｉに基づいて道路勾配θを算出する。さらに、撮像画像Ｐｉからの区画線ＣＬの抽出が困難な場合には、勾配算出部は、アクセル開度及び加速度の比較に基づいて道路勾配θを算出する。

上記第四実施形態の変形例４では、表示制御装置が自動運転ＥＣＵと接続されている。変形例４の勾配算出部は、第三実施形態と同様に、自動運転機能が車両を自律走行させている場合には、位置情報及び３次元地図データに基づいて道路勾配θを算出する。一方で、自動運転機能が停止している場合には、勾配算出部は、アクセル開度及び加速度の比較に基づき、道路勾配θを算出する。

上記実施形態の勾配算出部は、表示制御装置に接続されたモデル記憶部から車両の傾きモデルを取得していた。しかし、傾きモデルを格納する構成は、外部のモデル記憶部ではなく、表示制御装置の内部のメモリ装置であってもよい。

上記第一〜第四実施形態では、映像データの各フレームで元画像を補正する処理により、重畳対象に虚像Ｖｉを重ねた表示が維持されていた。しかし、反射光学系の姿勢を調整する調整機構が光学ユニットに設けられていれば、補正情報に基づいて調整機構を作動させる機械的な制御により、虚像Ｖｉの重畳状態が維持されてもよい。

上記第五実施形態の光軸制御装置は、照明ユニットとは別体で設けられていた。しかし、光軸制御装置に相当する制御回路が、照明ユニットと一体的に設けられていてもよい。さらに、光軸調整機構は、前照灯の姿勢を機械的に変化させる構成であってもよく、複数の発光ダイオードの点灯状態を電気的に制御する構成であってもよい。

ここまで説明した姿勢検出のための処理は、上記の表示制御装置及び表示制御回路等とは異なる構成によって実施されてもよい。例えば、コンビネーションメータ及びナビゲーション装置等が、上述の姿勢検出プログラムを制御回路にて実行することにより、姿勢検出装置の機能を獲得してもよい。このように、姿勢検出装置の機能は、車両に搭載される機能部品の一つの機能であってよい。さらに、自動運転ＥＣＵの制御回路が、姿勢検出プログラムに基づく演算を実行する処理部として機能してもよい。或いは、表示制御装置、表示デバイス及び自動運転ＥＣＵ等の複数の制御回路が、姿勢検出のための演算を分散処理してもよい。

さらに、フラッシュメモリ及びハードディスク等の種々の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）が姿勢検出プログラムを格納する構成として、メモリ装置に採用可能である。加えて、姿勢検出プログラムを記憶する記憶媒体は、車載された電子制御ユニットに設けられた記憶媒体に限定されず、当該記憶媒体へのコピー元となる光学ディスク及び汎用コンピュータのハードディスクドライブ等であってもよい。

１０ 光学ユニット、２３ 前方カメラ（撮像部）、４０ 車高センサ（センサ）、６１ 処理部、７１ 情報処理部（検出情報取得部）、７２ 勾配算出部（勾配情報取得部）、７４ 相関補正部、７５ 姿勢演算部、７６ 補正値演算部、７７ 表示制御部、５７７ 光軸制御部、１００，２００，３００ 表示制御装置（姿勢検出装置）、４１０ 虚像表示装置（姿勢検出装置）、５００ 光軸制御装置（姿勢検出装置）、５１０ 照明ユニット、５１１ 光軸調整機構（光軸調整部）、Ｖｉ 虚像、ＰＡ 投影領域、Ｐｉ 撮像画像、ＯＡ 光軸

Claims (15)

1. 車両の姿勢を検出する姿勢検出装置であって、
   前記車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサ（４０）の検出情報を取得する検出情報取得部（７１）と、
   前記検出情報に基づき、前記車両のピッチ角を演算する姿勢演算部（７５）と、
   前記車両が走行する道路の勾配を示した勾配情報を取得する勾配情報取得部（７２）と、
   前記勾配情報に基づき、前記姿勢演算部の演算に用いられる前記検出情報と前記ピッチ角との相関を補正する相関補正部（７４）と、を備える姿勢検出装置。
2. 前記勾配情報取得部は、３次元地図データに基づき、前記車両が走行する道路の勾配を示した前記勾配情報を取得する請求項１に記載の姿勢検出装置。
3. 前記勾配情報取得部は、撮像部（２３）にて撮影された前記車両の周囲の撮像画像（Ｐｉ）に基づき、前記車両が走行する道路の勾配を示した前記勾配情報を取得する請求項１又は２に記載の姿勢検出装置。
4. 前記勾配情報取得部は、前記３次元地図データを取得できない場合に、撮像部（２３）にて撮影された前記車両の周囲の撮像画像（Ｐｉ）に基づいて前記勾配情報を取得する請求項２に記載の姿勢検出装置。
5. 自動運転機能を備える前記車両の姿勢を検出する姿勢検出装置であって、
   前記勾配情報取得部は、前記自動運転機能が前記車両を走行させている場合に、前記３次元地図データに基づいて前記勾配情報を取得し、前記自動運転機能が停止している場合に、撮像部（２３）にて撮影された前記車両の周囲の撮像画像（Ｐｉ）に基づいて前記勾配情報を取得する請求項２に記載の姿勢検出装置。
6. 前記勾配情報取得部は、
   走行中の前記車両におけるアクセル開度と、前記車両に生じている前後方向の加速度との比較に基づき、前記車両が水平路を走行しているか否かを判定し、
   前記水平路を走行中の道路勾配を基準として、進行方向にある道路の勾配を前記撮像画像に基づき演算する請求項３〜５のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
7. 前記勾配情報取得部は、走行中の前記車両におけるアクセル開度と、前記車両に生じている前後方向の加速度との比較に基づき、前記車両が走行する道路の勾配を示した前記勾配情報を取得する請求項１〜５のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
8. 前記勾配情報取得部は、前記車両が走行する道路についての前記３次元地図データを取得できない場合に、走行中の前記車両におけるアクセル開度と、前記車両に生じている前後方向の加速度との比較に基づき、前記勾配情報を取得する請求項２に記載の姿勢検出装置。
9. 自動運転機能を備える前記車両の姿勢を検出する姿勢検出装置であって、
   前記勾配情報取得部は、前記自動運転機能が前記車両を走行させている場合に、前記３次元地図データに基づいて前記勾配情報を取得し、前記自動運転機能が停止している場合に、走行中の前記車両におけるアクセル開度と前記車両に生じている前後方向の加速度との比較に基づいて前記勾配情報を取得する請求項２に記載の姿勢検出装置。
10. 前記車両に規定された投影領域（ＰＡ）に表示光像を投影し、前記表示光像の虚像（Ｖｉ）を前記車両の搭乗者から視認可能に表示する光学ユニット（１０）、と接続される姿勢検出装置であって、
    前記ピッチ角の変化に伴う前記表示光像の投影位置のずれを補正するための補正情報を、前記姿勢演算部にて算出された前記ピッチ角を用いて生成する補正値演算部（７６）、をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
11. 前記ピッチ角の変化に伴う前記表示光像の投影位置のずれを予め補正した映像データを、前記補正情報を用いて生成し、当該映像データを前記光学ユニットによって虚像表示させる表示制御部（７７）、をさらに備える請求項１０に記載の姿勢検出装置。
12. 前記車両に規定された投影領域（ＰＡ）に表示光像を投影し、前記表示光像の虚像（Ｖｉ）を前記車両の搭乗者から視認可能に表示する光学ユニット（１０）と、
    前記ピッチ角の変化に伴う前記表示光像の投影位置のずれを補正するための補正情報を、前記姿勢演算部にて算出された前記ピッチ角を用いて生成する補正値演算部（７６）と、をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
13. 前記車両の前照灯の光軸（ＯＡ）を調整する光軸調整部（５１１）を有する照明ユニット（５１０）、と接続される姿勢検出装置であって、
    前記車両の姿勢変化に伴う前記光軸のずれを、前記姿勢演算部にて算出された前記ピッチ角を用いて補正する光軸制御部（５７７）を、さらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
14. 前記検出情報取得部は、前記車両のボディ及び前記ボディに懸架されたサスペンションアーム間の相対距離、並びに前記ボディ及び前記サスペンションアーム間の相対加速度、の少なくとも一方を前記検出情報として取得する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
15. 車両の姿勢を検出する姿勢検出プログラムであって、
    少なくとも一つの処理部（６１）を、
    前記車両に生じる上下方向の変位を検出するセンサ（４０）の検出情報を取得する検出情報取得部（７１）、
    前記検出情報に基づき、前記車両のピッチ角を演算する姿勢演算部（７５）、
    前記車両が走行する道路の勾配を示した勾配情報を取得する勾配情報取得部（７２）、
    前記勾配情報に基づき、前記姿勢演算部の演算に用いられる前記検出情報と前記ピッチ角との相関を補正する相関補正部（７４）、として機能させる姿勢検出プログラム。

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