JP7435900B2 - 車両姿勢角推定装置及び車両用灯具の光軸制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、路面に対する車両の姿勢角を推定する装置に関するものである。

加速度センサと高度センサ、及び車速センサを用いて、路面に対する車両のピッチ角を推定する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１には、加速度センサを用いて水平面に対する車両のピッチ角である絶対ピッチ角を検出するとともに、高度センサで測定される単位時間あたりの高度変化量に基づいて路面勾配を算出し、算出した路面勾配と絶対ピッチ角との差から、路面に対する車両のピッチ角である対路面ピッチ角を算出することが開示されている。

特開２０１３－１１２２６７号公報

路面に対する車両のピッチ角は、乗員や貨物の積載によって変化し、また路面の勾配変化や加減速によっても変化する。もし車両が一定勾配の路面を一定速度で走行しているならば、特許文献１に記載のように加速度センサによって重力方向を測定することにより、車両の水平面からのピッチ角を推定することが可能である。さらに、車両の高度変化量を測定することで、車両が走行している路面の、水平面からの勾配を推定することができるので、特許文献１に記載の手法のように、両者の差分として路面に対する車両のピッチ角を推定することが可能である。

しかし、車両が加減速している状況においては、加速度センサの計測値は重力方向ではなく、重力と車両の加速との合成方向となるため、車両の水平面からのピッチ角を推定できない。さらに車両の加速度が変化している状況では、車両の加速度変化に起因する車両のピッチ角加速度が加速度センサの計測値に重畳する。同様に、路面の勾配が変化している状況においては、路面の勾配変化に起因する車両のピッチ角加速度が加速度センサの計測値に重畳する。このため、特許文献１に記載の手法では、車両の加減速中や、路面の勾配が変化している状況において、路面に対する車両のピッチ角を推定することは困難である。

一方で、例えばヘッドランプの防眩のための光軸レベリングを実現するためには、車両の加減速に起因するピッチ角変化にも対応して光軸を調整することが求められる。このためには、車両の加減速中においても、路面に対する車両のピッチ角を推定する必要がある。

本開示に係る車両姿勢角推定装置は、
サスペンションによって路面から支持された車体を備える車両において、前記車体に備えられた加速度センサから得られる加速度情報と、少なくとも高度センサから得られる高度情報、車速センサから得られる車速情報及び、前記サスペンションにより定まる定数とに基づいて、前記車両が平坦な路面上で加減速していない場合における、前記路面に対する前記車体のピッチ角である静的ピッチ角を推定する静的ピッチ角推定部と、
前記加速度センサから得られる加速度情報と、静的ピッチ角推定部によって推定された静的ピッチ角から、車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分を計算する合成加速度推定部と、
前回の計算周期における路面に対する車体のピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、
前記合成加速度推定部によって推定された車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分と、前記ピッチ角記憶部に記憶された前回の計算周期における路面に対する車体のピッチ角と、前記サスペンションにより定まる定数から、路面に対する車体のピッチ角を推定し、前記ピッチ角記憶部に記憶させるとともに出力部へ出力するピッチ角推定部
を備える。

また、本開示に係る車両用灯具の光軸制御装置は、
上記車両姿勢角推定装置と、当該車両姿勢角推定装置により推定されたピッチ角に基づいて車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部と、を備える。

本開示の車両姿勢角推定装置によれば、車両の加減速中または路面勾配変化中においても車両の姿勢角を推定することが可能となる。

また、本開示の車両用灯具の光軸制御装置によれば、車両の加減速中または路面勾配変化中においても、車両用灯具の光軸を適切に制御することが可能となる。

サスペンションで支持された車体を有する車両の左側面図である。 実施の形態１の車両姿勢角推定装置の構成図である。 実施の形態１の車両姿勢角推定装置の構成図である。 実施の形態１の車両姿勢角推定装置の構成図である。 実施の形態２における静的ピッチ角推定部の構成図である。 サスペンションで支持された車体を有する車両の後側面図である。 実施の形態５の車両姿勢角推定装置の構成図である。

以下、本開示の車両姿勢角推定装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は適宜省略する。

実施の形態１．
本開示の実施の形態１における車両姿勢角推定装置を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態１の車両姿勢角推定装置が搭載される、サスペンションで支持された車両の概略図である。図２は、本実施の形態１の車両姿勢角推定装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、車両１００は、車体１０４と車輪１０７を有する。車輪１０７は路面１０３に接地しており、左右の車輪１０７は車軸１１０により連結されている。車体１０４は、サスペンション１０２を介して車軸１１０に取り付けられている。また、路面１０３は水平面に対して勾配１０８を有する。また、図１において、符号１０９は車両１００の重心を示す。

車両１００には、車両姿勢角推定装置１０１、ヘッドランプ１０６、加速度センサ２０１、高度センサ２０２、及び車速センサ２０３が設けられている。加速度センサ２０１は、車体１０４に固定されている。高度センサ２０２は、車両の高度を検出するセンサであり、例えば衛星測位システムであってよい。または、高度センサ２０２は、気圧を測定し高度に換算する装置であってもよい。車速センサ２０３は、例えば、車輪１０７の回転速度より車速を求めるセンサであってよい。あるいは、車速センサ２０３は、車載カメラの映像から車両の速度を推定する装置であってもよい。

図２に示すように、車両姿勢角推定装置１０１は、静的ピッチ角推定部２０５と、合成加速度推定部２０６と、ピッチ角記憶部２０８と、ピッチ角推定部２０７と、を備える。

車両姿勢角推定装置１０１は、サスペンション１０２を介して路面１０３と接地した車体１０４において、少なくとも加速度センサ２０１によって計測された車両の加速度情報、高度センサ２０２によって計測された車体１０４の高度情報、及び車速センサ２０３によって計測された車速情報を用いて、路面１０３に対する車体１０４のピッチ角１０５を推定し、出力部２０４へ出力する。出力部２０４は、例えばヘッドランプ１０６の光軸制御部１１１であってよい。この場合、ヘッドランプ１０６の光軸制御部１１１は、車両姿勢角推定装置１０１により推定された車体のピッチ角に基づき光軸を調整可能に構成されていても良い。

静的ピッチ角推定部２０５は、少なくとも加速度センサ２０１から得られる加速度情報と、高度センサ２０２から得られる高度情報と、車速センサ２０３から得られる車速情報と、サスペンション１０２により定まる定数とに基づいて、車両が平坦な路面上で加減速していない場合における路面に対する車体１０４のピッチ角である静的ピッチ角を推定する。

合成加速度推定部２０６は、加速度センサ２０１から得られる加速度情報と、静的ピッチ角推定部２０５によって推定された静的ピッチ角を用いて、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分を計算する。

ピッチ角記憶部２０８は、前回の計算周期において推定された、路面に対する車体１０４のピッチ角を記憶する。

ピッチ角推定部２０７は、合成加速度推定部２０６によって推定された車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分と、ピッチ角記憶部２０８に記憶された前回の計算周期における路面に対する車体１０４のピッチ角と、サスペンションにより定まる定数を用いて、路面に対する車体１０４のピッチ角を推定する。また、推定したピッチ角をピッチ角記憶部２０８に記憶させるとともに、出力部２０４へ出力する。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１におけるピッチ角推定の原理について説明する。

図１に示すように、車両進行方向をｘ軸、路面に直交する方向を上を正としてｚ軸とし、車軸１１０に固定された座標系をとる。ここで、車輪１０７は剛体とみなし、前輪および後輪の車軸１１０は常に路面１０３に平行であるとする。時刻ｔにおいて、車軸１１０に固定された座標系における車両重心１０９の位置をｐ_０，ｔとし、そのｘ座標をｘ_０，ｔ、ｚ座標をｚ_０，ｔとおく。

サスペンション１０２を、バネ定数がｋ／４、ダンパ係数がｃ／４のバネ－ダンパ系とし、車両のホイールベースを２Ｌとする。このとき、時刻ｔにおける路面に対する車体のピッチ角φ_ｔは、下記（１）式で表される角運動方程式を満たす。

ただし、Ｊ_ｙは重心周りの車両の慣性モーメント、Ｍは車両質量、ｄは車両重心の車軸からの高さ、θ_ｔは水平面に対する路面勾配１０８、ｇは重力加速度、Ｖ_ｔは車速である。

また、φ_ｓは、車両にかかる前後方向の加速度Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔがゼロであるときの、路面に対する車体１０４のピッチ角である。φ_ｓは貨物や乗員の乗降によって変化するが、走行中には変化しない。より厳密には、燃料の消費等によって変化しうるが、その変化は十分に小さく、短時間においてはφ_ｓは一定とみなせる。本明細書において、φ_ｓを静的ピッチ角と称する。

車体１０４に取り付けられた加速度センサ２０１の、車軸１１０に固定された座標系における位置Ｐ_ｔは、下記（２）式で表される。

ただし、ｐ_０，ｔは車軸１１０に固定された座標系における車両重心１０９の位置、ｒは車体１０４に固定された座標系において車両重心位置ｐ_０，ｔを原点としたときの加速度センサ２０１の位置であり、Ｒ_ｙ（φ_ｔ）は下記式で表される回転行列である。

加速度センサの加速度はｐ_ｔの２階微分であるから下記（３）式が成り立つ。

そして、加速度センサが計測する加速度は、自身の加速度に重力及び慣性力を加えた値となるから、加速度センサが計測する加速度は、路面に固定された座標系において下記（４）式で表される。

ただし、Ｇは鉛直上向きの重力加速度ベクトルであり、Ｆは車両加減速及び勾配変化に伴う慣性力であり、下記式で表される。

加速度センサは車体に固定されているから、加速度センサの計測値Ｏ_ｔは、（４）式で表される加速度を車体のピッチ角で回転したものであり、下記（５）式のように表される。

サスペンションのｘ軸方向は拘束されているから、加速度センサの加速度ｐ（２ドット）_ｔのｘ成分は０である。車体のピッチ角φ_ｔが微小であるとして（５）式を近似すると、加速度センサの計測値Ｏ_ｔのｘ成分およびｚ成分は、下記（６）式のように表される。

（１）式を用いて（６）式からφ_ｔを消去すると、Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔ及びｚ（２ドット）_０，ｔ－Ｖ_ｔθ（ドット）_ｔ＋ｇｃｏｓθ_ｔが、φ_ｓ、φ（ドット）_ｔ及びφ（２ドット）_ｔの関数として定まることがわかる。そこで、これらの関数をそれぞれｕ_ｔ、ｗ_ｔとおくと、下記（７）式のように表される。ここで、ｕ_ｔ、ｗ_ｔは、それぞれ、車両にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分と垂直な成分に相当する。

ただし、（７）式において、φ_ｔは（１）式をφ_ｔに関して解いたものであり、φ_ｓ、φ（ドット）_ｔ、及びφ（２ドット）_ｔの関数となっている。

また、（７）式において、φ（ドット）_ｔおよびφ（２ドット）_ｔとして、図示しない角加速度センサや角速度センサを用いて計測した値を用いて良い。あるいは、加速度センサ２０１を車両重心１０９の付近に配置しｒ≒０とすることで、ｕ_ｔとｗ_ｔからφ（ドット）_ｔ及びφ（２ドット）_ｔに関する項を消去してもよい。さらに望ましくは、車両の相異なる位置に配置した複数の加速度センサあるいはジャイロセンサを用いて、車両重心位置ｐ_０，ｔ付近における加速度を計算してもよい。あるいは、勾配の変化や車両の加減速によるピッチ角の変化は相対的に滑らかであるとし、サスペンションの振動モード等に由来する高周波のピッチ角変化を無視することで、φ（ドット）_ｔ≒φ（２ドット）_ｔ≒０と近似しても良い。

さて、（７）式から下記（８）式が成り立つ。

（８）式において、Ｖ（ドット）_ｔは車速センサから得られる車速Ｖ_ｔの数値的な微分より求めることができる。また、（８）式の右辺は高度変化に等しい。したがって、高度センサ２０２により計測される高度ｈ_ｔを数値的に微分して高度変化を求め（８）式の右辺に代入することで、原理的には（８）式により静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。

しかし、車速の数値的な微分Ｖ（ドット）_ｔや高度の数値的な微分ｈ（ドット）_ｔは、数値的な微分によって強調された高周波の誤差を含むため、１つの時刻ｔにおける（８）式から求めた静的ピッチ角φ_ｓもまた高周波の誤差を含むことになる。そこで、本実施形態による計算に於いては、複数の時刻ｔにおける（８）式を用いて、非線形最小二乗法により静的ピッチ角φ_ｓを求める。非線形最小二乗法は、例えば共役勾配法や準Ｎｅｗｔｏｎ法等の公知の最適化手法を用いて良い。あるいはＬｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄ法等の非線形最小二乗法に特化した手法を用いても良い。

また、車速の数値的な微分Ｖ（ドット）_ｔや高度の数値的な微分ｈ（ドット）_ｔは、例えば連続する２時刻における値の差分を、前記２時刻の間の時間で除することによって求めて良い。あるいは不完全微分フィルタを用いても良い。

上記のようにして推定した静的ピッチ角φ_ｓおよび加速度センサ２０１によって計測された加速度Ｏ_ｔを（７）式に代入してｕ_ｔを計算することにより、車両の加減速による加速度と重力加速度の合成加速度の路面進行方向に平行な成分Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔを求めることができる。

そして、車両の加減速による加速度と重力加速度の合成加速度の路面進行方向に平行な成分Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔを（１）式に代入する。さらに、前回の計算周期である時刻ｔ－１におけるピッチ角φ_ｔ－１及びピッチ角速度φ（ドット）_ｔ－１を用いて（１）式の初期値問題を解くことで、路面に対する車体のピッチ角φ_ｔ及びピッチ角速度φ（ドット）_ｔを求めることができる。初期値問題の解法は、例えばＥｕｌｅｒ法を用いて良い。あるいはＲｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法を用いて良い。また、求めたピッチ角φ_ｔ及びピッチ角速度φ（ドット）_ｔを、次回の計算周期のために記憶部へ記憶させておいて良い。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１の動作について説明する。

静的ピッチ角推定部２０５は、少なくとも加速度センサ２０１によって計測された複数の時刻ｔの加速度Ｏ_ｔと、車速センサ２０３によって計測された複数の時刻ｔの車速Ｖ_ｔと、高度センサ２０２によって計測された複数の時刻ｔの高度ｈ_ｔと、サスペンションにより定まる定数ｋ、ｃとから、（８）式に基づいて静的ピッチ角φ_ｓを推定する。ここで、サスペンションにより定まる係数ｋ、ｃは、図示しない記憶部に記憶されていてもよい。
合成加速度推定部２０６は、少なくとも加速度センサ２０１によって計測された加速度Ｏ_ｔと、静的ピッチ角推定部２０５によって推定された静的ピッチ角φ_ｓとから、関数ｕ_ｔ（φ_ｓ；φ（ドット）_ｔ，φ（２ドット）_ｔ）を計算することで、車両の加減速による加速度と重力加速度の合成加速度の路面進行方向に平行な成分Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔを計算する。
ピッチ角推定部２０７は、合成加速度推定部２０６によって計算された車両の加減速による加速度と重力加速度の合成加速度の路面進行方向に平行な成分Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔと、ピッチ角記憶部２０８によって記憶された前回の計算周期、例えば時刻ｔ－１におけるピッチ角φ_ｔ－１を用いて、（１）式の初期値問題を解くことでピッチ角φ_ｔを計算し、ピッチ角記憶部２０８に記憶するとともに、出力部２０４へ出力する。

本実施形態による車両姿勢角推定装置により、車両の加減速中や勾配が変化している状況下であっても、路面に対する車体のピッチ角を推定することが可能である。

一般に、加速度や高度変化といった物理量は位置の微分量であり、その測定値には本質的に高周波の誤差が重畳する。このような測定値を用いて勾配やピッチ角を精度良く推定するためには、積分や平均化といった操作が不可欠である。しかしながら、積分や平均化といった操作を、勾配やピッチ角に直接適用する場合、対象期間において路面勾配や車両ピッチ角の変化が十分に小さく一定であるとみなす必要がある。しかしながら、車両の加減速中や路面勾配の変化中は、勾配やピッチ角が動的に変化するため、一定であるとみなすことはできない。このことが、公知の手法において、車両の加減速中や路面勾配の変化中において車両の姿勢角を推定できなかった要因の一つである。

これに対し、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１は、前記積分や平均化に相当する操作を勾配やピッチ角に直接適用するのではなく、走行中に変化しない量である静的ピッチ角φ_ｓに適用することで前記課題を解決し、車両の加減速中や勾配が変化している状況において車両の姿勢角を推定することを可能としている。本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１により、車両の加減速中や路面勾配の変化中であっても、路面に対する車体のピッチ角φ_ｔを推定することが可能である。

なお、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１は、ピッチ角の角運動方程式として（１）式を用いるものに限定されない。ピッチ角φ_ｔが静的ピッチ角φ_ｓ、φ（ドット）_ｔ、及びφ（２ドット）_ｔの関数となる限りにおいて、バネの非線形性やサスペンションジオメトリの効果を導入してよい。

また、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１において、静的ピッチ角推定部２０５は、全ての計算周期において静的ピッチ角推定を行う形態に限定されない。静的ピッチ角推定部２０５は、静的ピッチ角は走行中に変化しないため、例えばＮを整数として、計算周期のＮ回に１回静的ピッチ角を推定し、合成加速度推定部２０６は推定された最新の静的ピッチ角を用いて残りの演算を実行してよい。これにより、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１は、例えば高度センサ２０２の計測周期が他のセンサの計測周期のＮ倍であったとしても、推定周期を落とすことなく車体のピッチ角を推定できる。

さらに、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１において、ピッチ角推定部２０７は、例えばジャイロセンサ等の角速度センサによって測定された車体のピッチ角の角速度をさらに用い、例えばＫａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒを用いることでノイズを除去しつつピッチ角を推定してもよい。これにより加速度センサ２０１にノイズが重畳している場合においても、車両姿勢角推定装置１０１は、精度良くピッチ角を推定できる。

また、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１と、当該車両姿勢角推定装置１０１により推定された路面に対する車体のピッチ角に基づき車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部１１１とを組合せて、車両用灯具の光軸制御装置を構成してもよい。これにより、車両の加減速中や勾配が変化している状況下であっても、対向車のドライバーを眩惑しないように車両用灯具の光軸を適切に制御することが可能となる。

また、本実施形態の車両姿勢角推定装置における静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各機能は、図３に示すように処理回路により実現されてよい。すなわち、車両姿勢角推定装置は、静的ピッチ角を推定し、合成加速度を推定し、ピッチ角を推定しピッチ角記憶部へ記憶させるとともに出力部へ出力するための処理装置を備えてよい。処理回路は、専用のハードウェアであっても、図４に示すようにメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、並列プログラム化したプロセッサー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各部の機能それぞれを処理回路で実現しても良いし、各部の機能をまとめて処理回路で実現しても良い。

処理回路がＣＰＵの場合、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、車両姿勢角推定装置は、処理回路により実行されるときに、静的ピッチ角を推定するステップ、合成加速度を推定するステップ、ピッチ角を推定しピッチ角記憶部に記憶させるとともに出力部へ出力するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。

なお、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、静的ピッチ角推定部については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、合成加速度推定部、ピッチ角推定部については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読みだして実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

実施の形態２．
本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ａは、静的ピッチ角推定部を除いて、実施形態１と同じである。以下、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ａにおける静的ピッチ角推定部２０５Ａについて、図５を用いて説明する

本実施形態において、静的ピッチ角推定部２０５Ａは、定数項計算部３０１と、微係数計算部３０２と、静的ピッチ角計算部３０３と、状態記憶部３０４を備える。

定数項計算部３０１は、加速度センサ２０１から得られる加速度情報から、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分のうち、静的ピッチ角に依存しない第１の定数項を計算する。

微係数計算部３０２は、加速度センサ２０１から得られる加速度情報から、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分のうち、静的ピッチ角に対する第１の比例係数を計算する。

状態記憶部３０４は、少なくとも、前回の計算周期における静的ピッチ角の推定値を記憶する。

静的ピッチ角計算部３０３は、少なくとも、高度センサ２０２から得られる高度情報と、車速センサ２０３から得られる車速情報と、定数項計算部３０１によって計算された第１の定数項と、微係数計算部３０２によって計算された第１の比例係数と、状態記憶部３０４に記憶された前回の計算周期における静的ピッチ角の推定値と、サスペンションにより定まる定数とに基づいて、静的ピッチ角を推定する。また、推定した静的ピッチ角を、状態記憶部３０４に記憶させるとともに、合成加速度推定部２０６へと出力する。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ａの静的ピッチ角推定部２０５Ａにおける静的ピッチ角推定の原理について説明する。

本実施形態においては、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分ｕ_ｔ（φ_ｓ；φ（ドット）_ｔ，φ（２ドット）_ｔ）を、１次のＴａｙｌｏｒ展開で近似する。ｕ_ｔ（φ_ｓ；φ（ドット）_ｔ，φ（２ドット）_ｔ）は静的ピッチ角φ_ｓの関数であるから、下記（９）式のように表される。

（９）式において、φ（ドット）_ｔおよびφ（２ドット）_ｔとして、図示しない角加速度センサや角速度センサを用いて計測した値を用いて良い。あるいは、加速度センサ２０１を車両重心１０９の付近に配置しｒ≒０とすることで、ｕｔとｗｔからφ（ドット）_ｔ及びφ（２ドット）_ｔに関する項を消去してもよい。さらに望ましくは、車両の相異なる位置に配置した複数の加速度センサあるいはジャイロセンサを用いて、車両重心位置ｐ０，_ｔ付近における加速度を計算してもよい。あるいは、勾配の変化や車両の加減速によるピッチ角の変化は相対的に滑らかであるとし、サスペンションの振動モード等に由来する高周波のピッチ角変化を無視することで、φ（ドット）ｔ≒φ（２ドット）ｔ≒０と近似しても良い。

さて、（９）式の近似のもと、（８）式は下記（１０）式のように変形できる。

（１０）式は、推定したい静的ピッチ角φ_ｓに関して線形であるから、線形最小二乗法により静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。これにより、非線形最小二乗法で必要となる繰り返し演算が不要となり、計算に要する時間が確定する。これはリアルタイムな演算において望ましい性質である。

さらに望ましくは、以下に説明する適応フィルタを用いることで、さらなる演算量の削減が可能である。具体的には、（１０）式の左辺をＹ_ｔ、右辺をＵ^Ｔ _ｔ・φ_ｓとおき、以下の（１１）式で表される計算を毎時刻実行する。ここで、Ｕ^Ｔ _ｔはＵ_ｔの転置行列を示す。（１１）式の計算を繰り返すと、φ_ｓ，ｔはφ_ｓに収束する。これにより静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。また、求めた静的ピッチ角φ_ｓを、次回の計算周期のために記憶部へ記憶させておいて良い。

ただし、Ｍ_ｔは下記（１２）式で表される。

（１１）式および（１２）式において、λ_ｔは忘却係数と呼ばれる所定の定数であり、静的ピッチ角φ_ｓがどの程度滑らかに変化しうるかを表す。忘却係数は時刻によらない定数でもよい。または速度に応じて可変としてもよい。忘却係数を用いることにより、静的ピッチ角推定部２０５は複数の時刻の加速度、高度、車速を保持しておく必要がない。そのため、記憶容量が制限されたマイクロコントローラ等への実装に適する。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ａの動作について説明する。

定数項計算部３０１は、加速度センサ２０１によって計測された加速度Ｏ_ｔから、（９）式の右辺第１項を計算する。（９）式の右辺第１項は、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分ｕ_ｔのうち、静的ピッチ角φ_ｓに依存しない定数項である。本明細書においては、当該定数項を第１の定数項とも呼ぶ。
微係数計算部３０２は加速度センサ２０１によって計測された加速度Ｏ_ｔから、（９）式の右辺第２項のφ_ｓにかかる係数部分を計算する。当該係数は、車体１０４にかかる加速度の車両進行方向に平行な成分ｕ_ｔのうち、静的ピッチ角φ_ｓにかかる比例係数である。本明細書においては、当該比例係数を第１の比例係数とも呼ぶ。
静的ピッチ角計算部３０３は、少なくとも車速センサ２０３によって計測された車速Ｖ_ｔと、高度センサ２０２によって計測された高度ｈ_ｔと、定数項計算部３０１によって計算された第１の定数項と、微係数計算部３０２によって計算された係数と、状態記憶部３０４によって記憶された１時刻前の静的ピッチ角φ_{ｓ，ｔ－1}及びベクトルΦ_ｔ－１に基づき、（１１）式の適応フィルタを用いて静的ピッチ角φ_ｓ，ｔ及びベクトルΦ_ｔを計算し、状態記憶部３０４に記憶するとともに、合成加速度推定部２０６へと出力する。以降は、実施の形態１と同様の処理を行い、路面に対する車体のピッチ角φ_ｔを推定する。

本実施形態による車両姿勢角推定装置１０１Ａによれば、実施形態１に記載の効果に加え、より計算量を削減し、よりリアルタイムな処理に適した処理を実現できる。

なお、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１Ａは、適応フィルタとして必ずしも（１１）式を用いるものに限定するものではない。（１０）式に基づき、静的ピッチ角φ_ｓを求められる限りにおいて、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｓ）フィルタやＴｏｔａｌ ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｓフィルタを用いてもよい。

本実施形態においても、静的ピッチ角推定部２０５Ａは、全ての計算周期において静的ピッチ角推定を行う形態に限定されない。静的ピッチ角推定部２０５Ａは、静的ピッチ角は走行中に変化しないため、例えばＮを整数として、計算周期のＮ回に１回静的ピッチ角を推定し、合成加速度推定部２０６は推定された最新の静的ピッチ角を用いて残りの演算を実行してよい。これにより、例えば高度センサ２０２の計測周期が他のセンサの計測周期のＮ倍であったとしても、推定周期を落とすことなく車体のピッチ角を推定できる。

また、実施の形態１と同様、本実施の形態の車両姿勢角推定装置１０１Ａと、当該車両姿勢角推定装置１０１Ａにより推定された路面に対する車体のピッチ角に基づき車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部１１１とを組合せて、車両用灯具の光軸制御装置を構成してもよい。

また、実施の形態１と同様、本実施形態の車両姿勢角推定装置の静的ピッチ角推定部における定数項計算部、微係数計算部、静的ピッチ角計算部の各機能は、処理回路により実現されてよい。すなわち、静的ピッチ角推定部は、第１の定数項を計算し、第１の比例係数を計算し、静的ピッチ角を計算し状態記憶部へ記憶させるとともに合成加速度推定部へ出力するための処理装置を備えてよい。処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、並列プログラム化したプロセッサー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。定数項計算部、微係数計算部、静的ピッチ角計算部の各部の機能それぞれを処理回路で実現しても良いし、各部の機能をまとめて処理回路で実現しても良い。

処理回路がＣＰＵの場合、定数項計算部、微係数計算部、静的ピッチ角計算部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、車両姿勢角推定装置は、処理回路により実行されるときに、第１の定数項を計算するステップ、第１の比例係数を計算するステップ、静的ピッチ角を計算し状態記憶部へ記憶させるとともに合成加速度推定部へ出力するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、定数項計算部、微係数計算部、静的ピッチ角計算部の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

なお、定数項計算部、微係数計算部、静的ピッチ角計算部の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、定数項計算部および微係数計算部については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、静的ピッチ角計算部については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読みだして実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

実施の形態３．
本実施形態における車両姿勢角推定装置１０１Ｂは、基本的な構成は実施の形態１と同じであるが、車体のロール角を考慮する点で異なる。具体的には、加速度センサにおいて計測される計測値Ｏ_ｔのうち、ｘ成分及びｚ成分に加えてｙ成分を考慮する。つまり、直交する３軸の成分を考慮する。

図６は、サスペンションで支持された車体を有する車両の後側面図である。図６に示すように、車両進行方向をｘ軸、路面に直交する方向を上を正としてｚ軸とし、ｘ軸およびｚ軸に直交する方向をｙ軸とした、車軸１１０に固定された座標系をとる。サスペンション１０２を、バネ定数がｋ／４、ダンパ係数がｃ／４のバネ－ダンパ系とし、左右の車輪間の幅を２Ｗとする。このとき、時刻ｔにおける路面１０３に対する車両のロール角ψ_ｔは、下記（１３）式で表される角運動方程式を満たす。

ただし、ψ_ｔは路面に対する車体のロール角、ψ_ｓは静的ロール角、η_ｔは水平面に対する路面のバンク角４０２であり、χ（ドット）_ｔはヨーレートであり、Ｖ_ｔχ（ドット）_ｔは車軸１１０に固定された座標系における横方向の慣性力である。

路面に対する車体のピッチ角φ_ｔ及びロール角ψ_ｔが微小なとき、加速度センサにおいて計測される計測値Ｏ_ｔは、近似的に下記（１４）式で表される。

（１４）式から（１）式及び（１３）式を用いてφ_ｔ及びψ_ｔを消去すると、Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔ、ｙ（２ドット）_０、ｔ＋Ｖ_ｔχ（ドット）_ｔ＋ｇｓｉｎη_ｔｃｏｓθ_ｔ及びｚ（２ドット）_０，ｔ－Ｖ_ｔθ（ドット）_ｔ＋ｇｃｏｓη_ｔｃｏｓθ_ｔが、φ_ｓ及びφ（ドット）_ｔ、φ（２ドット）_ｔの関数として定まる。そこで、これらの関数をそれぞれｕ_ｔ、ｖ_ｔ、ｗ_ｔとおくと、下記（１５）式のように表される。

ただし、（１５）式において、φ_ｔは（１）式をφ_ｔに関して解いたものであり、φ_ｓ、φ（ドット）_ｔ及びφ（２ドット）_ｔの関数となっている。同様に、ψ_ｔは（１３）式をψｔに関して解いたものであり、ψ_ｓ、ψ（ドット）_ｔ及びψ（２ドット）_ｔの関数となっている。

さて、車体の動的なロール角は車体にかかる横方向の加速度とサスペンションの性質から推定できるが、車体の静的なロール角は路面のバンク角と車体に備えられた加速度センサからは区別し得ない。従って、静的ロール角ψ_ｓを微小な所定の値、望ましくは０とおいても、車体のピッチ角等の他の推定値に影響を与えない。ゆえに、本実施形態においては車体の静的ロール角ψ_ｓは０、あるいは所定の値とする。

（１５）式において、φ（ドット）_ｔ、ψ（ドット）_ｔ、φ（２ドット）_ｔ及びψ（２ドット）_ｔとして、図示しないジャイロセンサ等の角速度センサや角加速度センサを用いて計測した値を用いてよい。あるいは、加速度センサ２０１を車両重心１０９付近に配置しｒ≒０とすることで、ｕ_ｔ、ｖ_ｔ、ｗ_ｔからφ（ドット）_ｔ、ψ（ドット）_ｔ、φ（２ドット）_ｔ及びψ（２ドット）_ｔに関する項を消去してもよい。さらに望ましくは、車両の相異なる位置に配置した複数の加速度センサあるいはジャイロセンサを用いて、車両重心１０９付近における加速度を計算してもよい。あるいは、勾配の変化や車両の加減速によるピッチ角及びロール角の変化は相対的に滑らかであるとし、サスペンションの振動モード等に由来する高周波のピッチ角及びロール角の変化を無視することで、φ（ドット）_ｔ≒ψ（ドット）_ｔ≒φ（２ドット）_ｔ≒ψ（２ドット）_ｔ≒０と近似しても良い。

本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｂにおいては、実施形態１で用いたｕ_ｔ（φ_ｓ；φ（ドット）_ｔ，φ（２ドット）_ｔ）に代えて（１５）式で表されるｕ_ｔ（φ_ｓ、ψ_ｓ；φ（ドット）_ｔ，ψ（ドット）_ｔ，φ（２ドット）_ｔ，ψ（２ドット）_ｔ）を用いて、実施形態１と同様に（８）式を用いた非線形最小二乗法により静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。あるいは、実施形態２と同様に（１０）式を用いた線形最小二乗法あるいは（１１）式を用いた適応フィルタにより静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。また、静的ピッチ角φ_ｓを求めた後は実施形態１と同様にして路面に対する車体のピッチ角φ_ｔを求めることができる。

加速度センサ２０１が車体１０４に固定されている場合において、車体１０４がロールしている場合、加速度センサ２０１にかかる加速度のｚ成分は計測値Ｏ_ｔのｚ成分及びｙ成分に分配される。さらに、曲線路を走行中は遠心力が重畳される。従って、車体１０４がロールしている場合や曲線路を通過中の場合などにおいては、ｙ成分を考慮しないと、車体１０４の姿勢角を正しく推定できない。これに対して、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｂによれば、加速度センサの計測値Ｏ_ｔのｙ成分を考慮しているため、車体１０４がロールしている場合や曲線路を通過中の場合においても、姿勢角を正しく推定することができる。

なお、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１Ｂは、ロール角の角運動方程式として（１３）式を用いることに限定されない。ロール角ψ_ｔがψ_ｓ、ψ（ドット）_ｔ及びψ（２ドット）_ｔの関数となる限りにおいて、バネの非線形性やサスペンションジオメトリの効果等を導入してよい。また、通常、ヨーレートχ（ドット）_ｔはピッチ角速度やロール角速度より十分小さいから、（１５）式において重心に対する加速度センサの加速度においてヨーレートに関する項を無視しているが、例えばヨー軸に関する角速度センサによる計測値をヨーレートとして用いることも許容される。

また、実施の形態１と同様、本実施の形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｂと、当該車両姿勢角推定装置１０１Ｂにより推定された路面に対する車体のピッチ角に基づき車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部１１１とを組合せて、車両用灯具の光軸制御装置を構成してもよい。

実施の形態４．
本実施形態における車両姿勢角推定装置１０１Ｃは、基本的な構成は実施の形態１と同じであるが、車速センサ２０３の誤差を考慮する点で異なる。

車速センサ２０３の測定原理として、車輪の回転角速度に車輪半径を乗じて求める原理を用いるとき、車輪の摩耗や空気圧の低下によって車輪半径が誤差を持っていたならば、計測される車速もまた誤差を持つ。そこで車速センサ２０３によって計測された車速をＶ_０，ｔとおき、真の車速Ｖ_ｔを下記（１６）式のように表す。

ここで、кは車輪半径の誤差を表すパラメータであり、短時間では変化しない。このとき、（８）式は下記（１７）式のように表される。

本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｃにおいては、実施形態１で用いた（８）式に代えて（１７）式を用いることで、実施形態１と同様に静的ピッチ角φ_ｓを求めることができる。具体的には、（１７）式において、静的ピッチ角φ_ｓ及びкを変数とする非線形最小二乗法により静的ピッチ角φ_ｓ及びкを同時に求める。静的ピッチ角φ_ｓを求めた後は、実施の形態１と同様の処理を行い、路面に対する車体のピッチ角φ_ｔを推定することができる。

同様に、（１０）式に替えて下記の（１８）式を用いることで、実施形態２で説明した適応フィルタを構成できる。さらに実施形態３と組み合わせてもよい。

本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｃによれば、車速センサ２０３の測定値が車輪半径の誤差に起因する誤差をもつ場合であっても、ピッチ角を正確に推定することができる。

なお、本実施形態に記載の車両姿勢角推定装置１０１Ｃにおいて、車速センサ２０３は、例えばある１つの車輪の回転速度に車輪半径を乗じるものであってよいし、あるいは複数の車輪の回転速度の平均に車輪半径を乗じるものであってもよい。

また、実施の形態１と同様、本実施の形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｃと、当該車両姿勢角推定装置１０１Ｃにより推定された路面に対する車体のピッチ角に基づき車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部１１１とを組合せて、車両用灯具の光軸制御装置を構成してもよい。

実施の形態５．
本実施形態による車両姿勢角推定装置１０１Ｄを、図７を用いて説明する。
図７に示すように、本実施形態における車両姿勢角推定装置１０１Ｄは、実施の形態１の車両姿勢角推定装置１０１に加え、係数記憶部５０１、ピッチ角速度推定部５０２、係数予測部５０３を有する。

係数記憶部５０１は、車体のピッチ角速度のうち、静的ピッチ角に依存しない第２の定数項と、静的ピッチ角に対する第２の比例係数を記憶する。

ピッチ角速度推定部は、係数記憶部５０１に記憶された前回の計算周期における第２の定数項と、前回の計算周期における第２の比例係数と、静的ピッチ角推定部２０５によって推定された今回の計算周期における静的ピッチ角の推定値に基づいて、ピッチ角速度を推定する。

係数予測部は、加速度センサ２０１から得られる加速度情報と、ピッチ角推定部２０７によって推定されたピッチ角と、ピッチ角速度推定部５０２によって推定されたピッチ角速度から、次の計算周期における第２の定数項と第２の比例係数を予測し、係数記憶部５０１に記憶させる。

また、静的ピッチ角推定部２０５は、車体１０４に備えられた加速度センサ２０１から得られる加速度情報と、少なくとも高度センサ２０２から得られる高度情報、車速センサ２０３から得られる車速情報及び、サスペンションにより定まる定数に加え、第２の定数項と第２の比例係数に基づいて静的ピッチ角を推定する。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｄにおけるピッチ角推定の原理について説明する。まず（６）式を下記（１９）式のように変形する。

（１９）式より、Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔ及びｚ（２ドット）_０，ｔ－Ｖ_ｔθ（ドット）_ｔ＋ｇｃｏｓθ_ｔはφ（２ドット）_ｔに関して線形であることがわかる。従って、下記（２０）式が成り立つ。

ここで逆行列補題を用いると、下記（２１）式が成り立つ。

したがって、下記（２２）式が成り立つ。

簡単のため、（２２）式の右辺を下記数式のようにおく。

（２２）式を（１）式に代入すると、下記（２３）式で表される微分方程式が得られる。

（２３）式の初期値問題を例えばＥｕｌｅｒ法によって解くことで、１時刻前のピッチ角φ_ｔ－1及びピッチ角速度φ（ドット）_ｔ－１から、時刻ｔにおけるピッチ角速度φ（ドット）_ｔを、静的ピッチ角φ_ｓに関する線形式である下記（２４）式の形で予測できる。

ピッチ角速度φ（ドット）_ｔを表す（２４）式において、Ｓ_０，ｔは静的ピッチ角φ_ｓに依存しない定数項であり、Ｓ_１，ｔは静的ピッチ角φ_ｓにかかる係数である。本明細書においては、Ｓ_０，ｔを第２の定数項、Ｓ_１，ｔを第２の比例係数とも呼ぶ。

さらに（２４）式を時刻ｔにおける（２３）式に代入すると、時刻ｔにおけるピッチ角加速度φ（２ドット）_ｔは静的ピッチ角φ_ｓの関数として定まる。これを下記（２５）式のようにおく。

（２４）式と（２５）式を（１９）式に代入し、さらに（１）式を用いてφ_ｔを消去すると、Ｖ（ドット）_ｔ－ｇｓｉｎθ_ｔ及びｚ（２ドット）_０，ｔ－Ｖ_ｔθ（ドット）_ｔ＋ｇｃｏｓθ_ｔが、φ_ｓの関数として定まる。これにより、実施形態１と同様に（８）式を用いて非線形最小二乗法を用いてφ_ｓを推定できる。

次に、本実施形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｄの動作について説明する。
係数記憶部５０１は、時刻ｔを含む複数の時刻ｔ_１、・・・、ｔ_ｋ、・・・、ｔ_Ｋ、ｔにおけるピッチ角速度の定数項Ｓ_０，ｔｋ及び比例係数Ｓ_１，ｔｋを記憶する。
静的ピッチ角推定部２０５は、少なくとも係数記憶部５０１に記憶された複数の時刻の定数項Ｓ_０，ｔｋ及び比例係数Ｓ_１，ｔｋと、加速度センサ２０１によって計測された複数の時刻の加速度と、車速センサ２０３によって計測された複数の時刻の車速と、高度センサ２０２によって計測された複数の時刻の高度とから、静的ピッチ角φ_ｓを推定する。
ピッチ角速度推定部５０２は、静的ピッチ角推定部２０５によって推定された静的ピッチ角φ_ｓと、係数記憶部５０１に記憶された定数項Ｓ_０，ｔｋ及び比例係数Ｓ_１，ｔｋから、（２４）式を用いてピッチ角速度φ（ドット）_ｔを計算する。
係数予測部５０３は、ピッチ角推定部２０７によって推定されたピッチ角φ_ｔと、ピッチ角速度推定部５０２によって計算されたピッチ角速度φ（ドット）_ｔと、加速度センサ２０１によって測定された加速度から、（２３）式の初期値問題を例えばＥｕｌｅｒ法によって解くことで、次回の計算周期である時刻ｔ＋１における定数項Ｓ_{０，ｔ＋１}及び比例係数Ｓ_{１，ｔ＋１}を予測し、係数記憶部５０１に記憶する。

本実施形態の車両姿勢角推定装置によれば、実施形態１に記載の効果に加え、サスペンション１０２の振動モードに由来する車体のピッチ角に関しても、ジャイロセンサ等の追加のセンサを用いることなく推定できる。本実施形態における車両姿勢角推定装置はまた、本開示の実施形態２～４と組み合わせてもよく、その場合は実施形態２～４に記載の効果に加え、本実施形態に記載の効果を実現できる。

また、実施の形態１と同様、本実施の形態の車両姿勢角推定装置１０１Ｃと、当該車両姿勢角推定装置１０１Ｃにより推定された路面に対する車体のピッチ角に基づき車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部１１１とを組合せて、車両用灯具の光軸制御装置を構成してもよい。

また、実施形態１と同様に、本実施形態の車両姿勢角推定装置におけるピッチ角速度推定部、係数予測部、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各機能は、処理回路により実現されてよい。すなわち、車両姿勢角推定装置は、係数記憶部に記憶された第２の定数項および第２の比例係数と推定された静的ピッチ角とに基づいてピッチ角速度を推定し、次回の計算周期における第２の定数項および第２の比例係数を予測するとともに係数記憶部に記憶させ、各センサの計測値に加え第２の定数項および第２の比例係数を用いて静的ピッチ角を推定し、合成加速度を推定し、ピッチ角を推定しピッチ角記憶部へ記憶させるとともに出力部へ出力するための処理装置を備えてよい。処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）であってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサー、並列プログラム化したプロセッサー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。ピッチ角速度推定部、係数予測部、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各部の機能それぞれを処理回路で実現しても良いし、各部の機能をまとめて処理回路で実現しても良い。

処理回路がＣＰＵの場合、ピッチ角速度推定部、係数予測部、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、車両姿勢角推定装置は、処理回路により実行されるときに、係数記憶部に記憶された第２の定数項および第２の比例係数と推定された静的ピッチ角とに基づいてピッチ角速度を推定するステップ、次回の計算周期における第２の定数項および第２の比例係数を予測するとともに係数記憶部に記憶させるステップ、各センサの計測値に加え第２の定数項および第２の比例係数を用いて静的ピッチ角を推定するステップ、合成加速度を推定するステップ、ピッチ角を推定しピッチ角記憶部へ記憶させるとともに出力部へ出力するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、これらのプログラムは、ピッチ角速度推定部、係数予測部、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

なお、ピッチ角速度推定部、係数予測部、静的ピッチ角推定部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、静的ピッチ角推定部については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、ピッチ角速度推定部、係数予測部、合成加速度推定部、ピッチ角推定部については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読みだして実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、本開示は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び変形例を適宜変形、省略したりすることが可能である。

本開示は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての態様において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定されるものと解される。

１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ 車両姿勢角推定装置、
１１１ 光軸制御部、
２０５、２０５Ａ 静的ピッチ角推定部、
２０６ 合成加速度推定部、
２０７ ピッチ角推定部、
２０８ ピッチ角記憶部、
３０１ 定数項計算部、
３０２ 微係数計算部、
３０３ 静的ピッチ角計算部、
３０４ 状態記憶部、
５０１ 係数記憶部、
５０２ ピッチ角速度推定部、
５０３ 係数予測部

Claims (7)

1. サスペンションによって路面から支持された車体を備える車両において、少なくとも、前記車体に備えられた加速度センサから得られる加速度情報、高度センサから得られる高度情報、車速センサから得られる車速情報、及び、前記サスペンションにより定まる定数に基づいて、前記車両が平坦な路面上で加減速していない場合における、前記路面に対する前記車体のピッチ角である静的ピッチ角を推定する静的ピッチ角推定部と、
   少なくとも、前記加速度情報、及び、前記静的ピッチ角推定部によって推定された静的ピッチ角から、車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分を推定する合成加速度推定部と、
   前回の計算周期における路面に対する車体のピッチ角を記憶するピッチ角記憶部と、
   少なくとも、前記合成加速度推定部によって推定された車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分、前記ピッチ角記憶部に記憶された前回の計算周期における路面に対する車体のピッチ角、及び、前記サスペンションにより定まる定数から、路面に対する車体のピッチ角を推定し、前記ピッチ角記憶部に記憶させるとともに出力部へ出力するピッチ角推定部と、
   を備えた車両姿勢角推定装置。
2. 前記静的ピッチ角推定部は、
   前記加速度センサから得られる加速度情報から、前記車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分のうち、静的ピッチ角に依存しない第１の定数項を計算する定数項計算部と、
   前記加速度センサから得られる加速度情報から、前記車体にかかる加速度の車両の進行方向に平行な成分のうち、静的ピッチ角に対する第１の比例係数を計算する微係数計算部と、
   少なくとも前回の計算周期における静的ピッチ角の推定値を記憶する状態記憶部と、
   少なくとも、前記高度センサから得られる高度情報、前記車速センサから得られる車速情報、前記定数項計算部によって計算された第１の定数項、前記微係数計算部によって計算された第１の比例係数、及び前記サスペンションにより定まる定数に基づいて静的ピッチ角を推定し、得られた静的ピッチ角の推定値を前記状態記憶部へ記憶させるとともに前記合成加速度推定部へと出力する静的ピッチ角計算部とを備える、
   請求項１に記載の車両姿勢角推定装置。
3. 前記静的ピッチ角推定部は、少なくとも、前記車体に備えられた加速度センサから得られる加速度情報、高度センサから得られる高度情報、車速センサから得られる車速情報、及び前記サスペンションにより定まる定数に加え、角速度センサから得られるピッチ角速度情報に基づいて静的ピッチ角を推定する、
   請求項１又は２に記載の車両姿勢角推定装置。
4. 前記車体のピッチ角速度のうち、静的ピッチ角に依存しない第２の定数項、及び、静的ピッチ角に対する第２の比例係数を記憶する係数記憶部と、
   少なくとも、前記係数記憶部に記憶された前記第２の定数項及び前記第２の比例係数、並びに、前記静的ピッチ角推定部によって推定された静的ピッチ角に基づいて、ピッチ角速度を推定するピッチ角速度推定部と、
   前記加速度センサから得られる加速度情報と、前記ピッチ角推定部によって推定されたピッチ角と、前記ピッチ角速度推定部によって推定されたピッチ角速度から、次回の計算周期における前記第２の定数項及び前記第２の比例係数を予測し、前記係数記憶部に記憶させる係数予測部とをさらに備え、
   前記静的ピッチ角推定部は、少なくとも、前記車体に備えられた加速度センサから得られる加速度情報、高度センサから得られる高度情報、車速センサから得られる車速情報、及び前記サスペンションにより定まる定数に加え、前記第２の定数項及び前記第２の比例係数に基づいて静的ピッチ角を推定する、
   請求項１又は２に記載の車両姿勢角推定装置。
5. 前記静的ピッチ角推定部は、前記車体に備えられた加速度センサから得られる加速度情報のうち、直交する３軸の成分を考慮して前記静的ピッチ角を推定する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の車両姿勢角推定装置。
6. 前記静的ピッチ角推定部は、静的ピッチ角を推定するとともに、前記車速センサから得られる車速情報の誤差を推定する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の車両姿勢角推定装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の車両姿勢角推定装置と、
   前記車両姿勢角推定装置により推定された前記ピッチ角に基づいて車両用灯具の光軸を制御する光軸制御部と、
   を備えた車両用灯具の光軸制御装置。

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