JP6303681B2

JP6303681B2 - 乗員姿勢制御装置

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Publication number: JP6303681B2
Application number: JP2014060058A
Authority: JP
Inventors: 牧田　光弘; 光弘牧田; 根岸　正美; 正美根岸; 彰田山; 晃小野塚
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP2015182564A

Description

本発明は、乗員姿勢制御装置に関する。

従来、車両の進行方向をナビゲーション装置により検出し、アクチュエータを用いて乗員に対して触覚を付与することにより、車両の進行方向を教示する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１１５５５３号公報

車両への乗車時には、加減速や旋回運動といった車両運動に伴い、乗員の身体には加速度に基づいて生じる慣性力が付加され、乗員の姿勢の乱れを引き起こす。特に、非運転乗員は運転乗員に比べて姿勢の変化が過大になりやすく、乗員の姿勢が乱れやすい。

特許文献１に記載の手法では、乗員に対して教示される情報は車両の進行方向であり、且つフィードフォワード制御である。そのため、特許文献１に記載の手法では、車両運動に伴う乗員の姿勢の乱れを容易には補正することはできないという問題点があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、車両運動に伴う乗員の姿勢の乱れを容易に補正することができる乗員姿勢制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る乗員姿勢制御装置は、車両の加速度及び乗員の姿勢の変化量を検出し、検出された加速度の変化に対する検出された乗員の姿勢の変化量が、所定の変化量より過大であるか否かにより乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する。乗員姿勢制御装置は、乗員の姿勢制御が必要と判定した場合、検出された加速度の変化による乗員の姿勢の乱れを補正するように、乗員に触覚を付与する。

本発明によれば、車両運動に伴う乗員の姿勢の乱れを容易に補正することができる乗員姿勢制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、車両運動に伴う運転乗員及び非運転乗員の姿勢変化を説明するための概略図である。図３は、本発明の実施の形態に係る姿勢検出手段の一例を示す概略図である。図４（ａ）は、乗員の身体上部のピッチ角の変化を示す概略図であり、図４（ｂ）は、乗員の身体上部のピッチ角と車両前後加速度との関係を表すグラフである。図５（ａ）は、乗員の身体上部のロール角の変化を示す概略図であり、図５（ｂ）は、乗員の身体上部のロール角と車両横加速度との関係を表すグラフである。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る触覚付与手段の一例をそれぞれ示す概略図である。図７は、本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。図８は、本発明の実施の形態の第１の変形例に係る構成の一例を示す概略図である。図９（ａ）は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る構成の一例を示す概略図であり、図９（ｂ）は、本発明の実施の形態の第２の変形例に係る姿勢検出方法を説明するための概略図である。図１０は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係る構成の一例を示す概略図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、本発明の実施の形態の第３の変形例に係る構成の他の一例をそれぞれ示す概略図である。図１２は、本発明の実施の形態の第４の変形例に係る構成の一例を示す概略図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本発明の実施の形態の第４の変形例に係る仲介物体を説明するための概略図である。図１４は、本発明の実施の形態の第５の変形例に係る乗員姿勢制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図１５は、本発明の実施の形態の第５の変形例に係る乗員姿勢制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。図１６は、本発明の実施の形態の第６の変形例に係る身体制御ロジックを説明するためのグラフである。図１７は、本発明の実施の形態の第６の変形例に係る乗員姿勢制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御装置は、一般的な車両に搭載可能である。本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御装置は、図１に示すように、車両運動に伴う加速度を検出する加速度検出手段（加速度検出センサ）２と、乗員の姿勢を検出する姿勢検出手段（姿勢検出センサ）３と、乗員に触覚を付与可能な触覚付与手段（アクチュエータ）４と、加速度検出センサ２により検出された加速度及び姿勢検出センサ３により検出された乗員の姿勢に基づいてアクチュエータ４を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１とを備える。

ここで、本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御装置が解決すべき課題についてより具体的に説明する。図２（ａ）は、運転乗員２１及び非運転乗員２２が車室内のシート３１，３２にそれぞれ着座している様子を示す。車両運動に伴う姿勢変化は、運転乗員２１と非運転乗員２２とでは異なってくる。それは、運転乗員２１は車両運動に伴う身体への慣性力を事前に予測可能であることや、操作系、特に操舵装置を把持していることにより姿勢制御が容易であることに起因する。

例えば、制駆動時には、車両前後方向に加速度が発生し、運転乗員２１及び非運転乗員２２には加速度の発生方向と逆方向に慣性力が付加される。このとき、非運転乗員２２の身体上部の前傾又は後傾角度は、運転乗員２１よりも大きく変化する。図２（ｂ）は制動時の様子を示しており、運転乗員２１及び非運転乗員２２には車両前方に慣性力Ｆ１が付加される。このとき、運転乗員２１の身体上部の前傾角度Φ１よりも、非運転乗員２２の身体上部の前傾角度Φ２が大きく変化する。

また、旋回時には横加速度が発生し、運転乗員２１及び非運転乗員２２には横加速度に応じた慣性力が付加される。運転乗員２１は、通常は操舵装置の把持等を利用して、慣性力が付加される方向に対して抗う方向へ事前に姿勢を変化させている。一方、非運転乗員２２は旋回運動のタイミングを正確には知りえないため、慣性力の付加により受動的な身体運動を発生してしまう。更には、一度身体運動を発生させてしまうと、操舵装置を把持していないため、姿勢変化が過大になりやすい。図２（ｃ）は右旋回時の様子を示しており、車両左方向に慣性力Ｆ２が付加される。このとき、運転乗員２１の身体上部の傾斜角度Φ３よりも、非運転乗員２２の身体上部の傾斜角度Φ４が大きく変化しやすい。

このように、車両乗車時には、加減速や旋回運動といった車両運動に伴って乗員の身体には常時慣性力が付加され、特に非運転乗員の姿勢を乱れさせる。このため、乗車時間が長いほど、乗員の姿勢制御の負荷は肉体的及び精神的な疲労負荷として蓄積され、疲労感や車両運動に対する不快感、不安感等のネガティブな影響を生成することとなる。また、車両運動と身体姿勢運動とのずれが、視覚や運動感覚、体性感覚等の間で相互に知覚のミスマッチを起こし、車酔いの要因となることが知られている。このような乗員の姿勢の乱れによる悪影響を抑制するために、本発明の実施の形態では、車両運動に伴う乗員の姿勢の乱れを容易に補正することができるように、乗員に対して触覚を付与することにより姿勢制御のための情報を提示する。

図１に示した加速度検出センサ２は、車両の前後加速度及び横加速度を検出する。姿勢検出センサ３は、加速度検出センサ２により検出される加速度の方向と一致する方向における乗員の姿勢を検出する。姿勢検出センサ３により検出される乗員の姿勢としては、例えば、乗員の身体上部（頭部）が車両前後方向において鉛直方向となす角度（以下、「ピッチ角」ともいう）と、乗員の身体上部（頭部）が車幅方向において鉛直方向となす角度（以下、「ロール角」ともいう）とのいずれか又は両方が含まれる。姿勢検出センサ３としては、光学カメラ又は超音波センサ等が使用可能である。姿勢検出センサ３は、図３に示すように、姿勢制御対象となる乗員２２，２３の頭部又は胸部が撮像領域３ａに収まるように、車両１０の車室内の天井付近に固定されている。

図１に示したＥＣＵ１は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び入出力部を備えるマイクロコントローラからなり、予めインストールされたコンピュータプログラムを実行することにより、乗員姿勢制御装置として機能する複数の情報処理部を構成する。ＥＣＵ１の複数の情報処理部は、判定部１１、補正部１２及び制御部１３を備える。

判定部１１は、加速度検出センサ２で検出された車両運動に伴う加速度と、姿勢検出センサ３により検出された乗員の姿勢とに基づいて、乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する。

例えば、図４（ａ）に示すように、車両制駆動に伴って慣性力Ｆ１１，Ｆ１２が付加され、乗員２２の身体上部の前傾又は後傾角度Φ１１が変化する場合を考える。乗員２２が姿勢変化が過大となりやすい非運転乗員であっても、シート３２等の３次元的な姿勢支持機構により姿勢変化は低減されるものの、いずれにせよ姿勢変化は起こる。

姿勢支持機構（シート）３２の剛性を一定値と考えた場合、姿勢支持機構３２により吸収可能な姿勢変化量は、慣性力（加速度）の大きさに対して略線形の関係になる。姿勢変化量と慣性力（加速度）との間にこの線形関係が成立する場合、又は線形関係よりも慣性力（加速度）に対して姿勢変化量が小さい場合には、乗員２２の身体姿勢そのものは車両運動に対して略同期が取れていると考えられる。一方、慣性力（加速度）の大きさに対してこの線形関係を逸脱して姿勢変化量が過大となっている場合、姿勢支持機構３２では吸収しきれない身体の姿勢の乱れが生じていると判断できる。

したがって、姿勢支持機構３２の剛性を含むシート特性等から、乗員２２が一般的な姿勢で乗車している場合の慣性力（加速度）の大きさと姿勢支持機構３２により吸収可能な姿勢変化量との関係式を予め求めておき、ＥＣＵ１の記憶手段に記憶させておく。判定部１１は、この関係式をＥＣＵ１の記憶手段から読み出して、乗員２２の身体姿勢制御の必要の有無を判定に用いる。

図４（ｂ）は、制駆動時の車両前後方向の加速度と、乗員の身体上部のピッチ角との関係を示す。図４（ｂ）の横軸の加速度は車両前方を正の方向とし、縦軸のピッチ角は車両前方を正の方向とする。図４（ｂ）に示す直線Ｌ１１，Ｌ１２は、姿勢支持機構３２により吸収可能な姿勢変化量と慣性力（加速度）の大きさとの関係式で表されるものであり、比例関係を示している。

駆動時はシート３２の背面で身体姿勢支持が行われるため、シート３２により吸収可能な姿勢変化量が制動時よりも大きくなる。このため、図４（ｂ）に示すように、制動時と駆動時では線形特性である点では共通するが、直線Ｌ１１，Ｌ１２の傾きが異なっている。

図４（ｂ）において、乗員２２の身体上部のピッチ角の変化量が、直線Ｌ１１，Ｌ１２上又は直線Ｌ１１，Ｌ１２よりも小さい領域（非制御領域）に有る場合には、身体姿勢そのものは車両運動に対して略同期が取れていると判断できる。一方、乗員２２の身体上部のピッチ角の変化量が、直線Ｌ１１，Ｌ１２を越えて過大な領域（制御領域）に有る場合には、姿勢支持機構３２では吸収しきれない身体の姿勢の乱れが生じていると判断できる。

そこで、判定部１１は、加速度と姿勢変化量との関係式を用いて制御領域及び非制御領域を設定し、加速度検出センサ２により検出された加速度に対して、姿勢検出センサ３により検出された乗員２２の身体上部のピッチ角が、制御領域に有るか否か（非制御領域に有るか）を判定する。例えば、図４（ｂ）に示すように、制動時にピッチ角Φ１１及び加速度ａ１が検出された場合、ピッチ角Φ１１及び加速度ａ１に対応する位置Ｐ１１が制御領域に有り、姿勢支持機構３２では吸収しきれない身体の姿勢の乱れが生じていると考えられる。したがって、判定部１１は、乗員２２の姿勢制御が必要と判定する。

また、車両旋回運動について、図５（ａ）に示すように、車両横方向に慣性力Ｆ２１，Ｆ２２が付加され、乗員２２の身体上部のロール角Φ２１が変化する場合を考える。図５（ｂ）は、旋回運動時の横加速度と、乗員の身体上部のロール角との関係を示す。図５（ｂ）の横軸の加速度は車両右方向を正の方向とし、縦軸のロール角は車両左方向を正の方向とする。図５（ｂ）に示す直線Ｌ２１，Ｌ２２は、姿勢支持機構３２により吸収可能な姿勢変化量と、慣性力（加速度）の大きさとの関係式で表されるものであり、比例関係を示している。図５（ｂ）に示すように、横加速度で発生するロール角の変化については、左右方向は略対称として考えることができる。

判定部１１は、加速度検出センサ２により検出された加速度に対して、姿勢検出センサ３により検出されたロール角が、制御領域に有るか否か（非制御領域に有るか）を判定する。例えば、図５（ｂ）に示すように、ロール角Φ２１及び加速度ａ２が検出された場合、ピッチ角Φ２１及び加速度Ｆ２１に対応する位置Ｐ２１が制御領域に有り、姿勢支持機構３２では吸収しきれない身体の姿勢の乱れが生じていると考えられる。したがって、判定部１１は、乗員２２の姿勢の制御が必要と判定する。

なお、図４（ｂ）及び図５（ｂ）では、慣性力（加速度）と姿勢変化の関係を線形関係として示したが、シート特性等によっては必ずしも線形関係とは限らない。その場合は、多項式や関数式等を用いて制御領域及び非制御領域を設定すればよい。

図１に示した補正部１２は、乗員２２の姿勢を制御（補正）するための補正方向及び補正量を算出する。例えば、補正部１２は、図４（ｂ）に示すように、乗員２２の身体上部のピッチ角Φ１１を直線Ｌ１１上に戻す方向（車両後方）を補正方向として算出する。補正部１２は更に、ピッチ角Φ１１と直線Ｌ１１上のピッチ角Φ１２との差分を補正量として算出する。なお、乗員２２の身体上部のピッチ角Φ１１が非制御領域に有ればよいため、補正量はピッチ角Φ１１，Φ１２の差分よりも大きくてもよい。

また、補正部１２は、図５（ｂ）に示すように、乗員２２の身体上部のロール角Φ２１を直線Ｌ２１上に戻す方向（車両右方向）を補正方向として算出する。補正部１２は更に、ピッチ角Φ２１と直線Ｌ２１上のピッチ角Φ２２との差分を補正量として決定する。なお、乗員２２の身体上部のロール角Φ２１が非制御領域に有ればよいため、補正量はピッチ角Φ２１，Φ２２の差分よりも大きくてもよい。

図１に示した制御部１３は、加速度検出センサ２により検出された加速度や、補正部１２により算出された補正方向及び補正量に基づいて、アクチュエータ４を制御するための制御信号を出力する。

アクチュエータ４は、加速度検出センサ２により検出された加速度の変化による乗員の姿勢の乱れを補正するように、乗員に触覚を付与する。例えば、アクチュエータ４は、制御部１３からの制御信号に応じて振動を発生させ、補正部１２により算出された姿勢の補正方向及び補正量を乗員２２に対して提示する。また、アクチュエータ４は、制御部１３からの制御信号に応じて振動を発生させ、加速度検出センサ２により検出された加速度に基づいて生じる慣性力の方向及び大きさを乗員２２に対して提示してもよい。アクチュエータ４により提示する情報の種類は、乗員２２等により予め設定可能である。

アクチュエータ４は、例えば図６（ａ）に示すように、シート３２の背部に左右対称に内蔵された一対の振動子４ａ，４ｂで構成されている。車両旋回時には、振動子４ａ，４ｂの一方を振動させることにより、補正方向として車両左方向又は右方向を乗員２２の背部に対して提示する。振動子４ａ，４ｂのいずれを振動させた場合に、車両左方向又は右方向のいずれが提示されたと乗員２２が理解するかは乗員２２等により予め設定可能である。例えば、右旋回時には、車両前方に向かって右側の振動子４ａを振動させることにより、補正方向として車両右方向を乗員２２に提示することができる。なお、加速度検出センサ２により検出された加速度に基づいて生じる慣性力の方向を提示する場合には、右旋回時には、車両前方に向かって左側の振動子４ｂを振動させることにより、慣性力の方向として車両左方向を乗員２２に提示することができる。

また、加減速時には、車両旋回時とは区別されるように、振動子４ａ，４ｂを車両旋回時の振動パターンとは異なる振動パターンで振動させ、補正方向又は慣性力の方向として車両前方又は後方を乗員２２に対して提示する。例えば、振動子４ａ，４ｂの両方を同時に作動させることにより車両前方を乗員２２に対して提示し、振動子４ａ，４ｂを交互に作動させることにより車両後方を乗員に対して提示する。

また、振動子４ａ，４ｂは、補正部１２により算出された補正量に応じて振動強度（振幅又は振動周期）の大きさを変化させることにより補正量を乗員２２に対して提示することができる。例えば、振動子４ａ，４ｂは、補正量が大きいほど振動強度を大きくする。なお、振動子４ａ，４ｂは、加速度検出センサ２により検出された加速度に基づいて生じる慣性力の大きさに応じて振動強度（振幅又は振動周期）の大きさを変化させることにより慣性力の大きさを乗員２２に対して提示することもできる。

また、図６（ｂ）に示すように、一対の振動子４ａ，４ｂをシート３２の臀部に内蔵し、乗員２２の臀部に振動を付与してもよい。また、図６（ｃ）に示すように、振動子４ａ，４ｂをシート３２に取り付けたアームレスト部３２ａ，３２ｂに内蔵し、乗員２２の手部に振動を付与してもよい。図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示した構成の場合も、図６（ａ）に示した構成の場合と同等の作用効果を奏する。

なお、振動子４ａ，４ｂは単純に振動させてもよいし、準静的に動かすことで振動ではなく変位として身体接触部に触覚刺激を付与してもよい。また、振動子４ａ，４ｂとしては、電動モータや空気圧等の駆動方式を有していてもよく、発熱素子を用いた温度変化を触覚として付与してもよい。また、送風機能を加えて手足や首、顔や頭部等の肌露出部に送風による皮膚刺激を付与してもよい。また、振動子４ａ，４ｂ等の触覚付与手段４の種類や個数、配置位置は特に限定されず、車両前後方向又は車両左右方向を区別して提示可能であればよい。

次に、図７のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御方法の一例を説明する。

ステップＳ１０において、加速度検出センサ２が現在の車両運動の加速度を検出する。ステップＳ１１において、姿勢検出センサ３が現在の乗員の姿勢を検出する。

ステップＳ１２において、判定部１１が、加速度検出センサ２により検出された車両運動の加速度に対して、姿勢検出センサ３により検出された乗員の姿勢が、予め設定した制御領域に有るか否か（非制御領域に有るか）を判定することにより、乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する。ステップＳ１２において非制御領域にあると判定された場合には、ステップＳ１３に移行してアクチュエータ４の作動を作動させず、即ち乗員姿勢制御は行わずに、ステップS１０に戻る。

一方、ステップＳ１２で制御領域にあると判断された場合においては、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４において、補正部１２が、姿勢の補正方向及び補正量を決定する。ステップＳ１５において、制御部１３が、補正部１２により決定された乗員姿勢の補正方向及び補正量に基づいてアクチュエータ４を作動させ、姿勢の補正方向及び補正量を乗員に対して提示させる。

本発明の実施の形態によれば、車両の加速度を検出し、検出された加速度の変化による乗員の姿勢の乱れを補正するように、乗員に触覚を付与することにより、乗員は身体姿勢の乱れを容易に補正することができる。したがって、特に非運転乗員に対して、車両運動に対する姿勢安定を常時促進させることができ、乗車中の疲労感低減や車酔い低減につなげることができる。更に、複数の乗員が乗車している場合、各乗員の姿勢をそれぞれ検出して、各乗員に対して姿勢を制御すべきである場合に触覚を付与することにより、各乗員に個別に情報を伝達することができる。

また、アクチュエータ４が、車両運動に伴う加速度に基づいて生じる慣性力の方向を乗員２２に触覚で提示することにより、乗員２２はどの方向に身体を動かせば姿勢の乱れを補正できるかを容易に把握することができる。

また、判定部１１が、車両運動に伴う加速度及び乗員の姿勢に基づいて、乗員の姿勢制御の必要の有無を判定し、乗員の姿勢制御が必要と判定された場合に、アクチュエータ４が乗員に対して触覚を付与することにより、ある程度の乗員の姿勢変化は許容して触覚提示が連続的に起こる煩わしさを回避することができる。

また、車両左右方向及び車両前後方向の乗員の姿勢及び加速度を検出することにより、旋回時による車両左右方向の姿勢変化と、制駆動による車両前後方向の姿勢変化とを含む路面平面内の任意方向の姿勢変化に対して姿勢制御を行うことができる。

また、判定部１１が、加速度と乗員の姿勢との関係式を用いて制御領域及び非制御領域を設定し、検出された加速度に対する乗員の姿勢が制御領域にあるか、或いは非制御領域にあるかを判定することにより、乗員姿勢制御のロジックを実現することができる。

また、判定部１１が、乗員の姿勢が加速度に対して予め設定された比例関係から逸脱して過大となるか否かを判定し、比例関係から逸脱して過大となると判定された場合に、アクチュエータ４が、乗員の姿勢を比例関係に戻す方向を、乗員に対して触覚で提示することにより、あるレベルの姿勢変化は許容させておき、過大な姿勢変化が生じた場合にのみ補正することができる。したがって、乗員の姿勢変化が小さい場合でも触覚提示が連続的に起こる煩わしさを回避することができる。

（第１の変形例）
本発明の実施の形態の第１の変形例では、図１に示した加速度検出手段２及び姿勢検出手段３としてセンサを用いる代わりに、図８に示すように、スマートフォンや携帯電話等の汎用の電子機器４１の機能を利用する場合を説明する。電子機器４１は、電子機器４１に内蔵されている加速度検出センサにより車両１０の加速度の方向及び大きさを検出することができる。また、電子機器４１に内蔵されているカメラ機能を利用して乗員２２，２３の姿勢を検出することができる。電子機器４１は、姿勢制御対象である乗員２２，２３の頭部又は身体上部が撮像範囲４２に収まるように配置される。

本発明の実施の形態の第１の変形例によれば、車両１０に固定したセンサを用いずに、汎用の電子機器４１で簡易に加速度検出手段２及び姿勢検出手段３を実現することができる。なお、電子機器４１により図１に示したＥＣＵ１の機能を更に実現させることもできる。

（第２の変形例）
本発明の実施の形態の第２の変形例では、姿勢検出手段３として、乗員の姿勢変化を直接計測する代わりに、乗員の姿勢変化を間接的に示す量を計測することにより、乗員の姿勢変化を推定する場合を説明する。本発明の実施の形態の第２の変形例に係る姿勢検出手段は、例えば、図９（ａ）に示すように、シート３１の座面に挿入された面圧センサ４ｃで構成される。面圧センサ４ｃは、乗員２２の着座時の面圧重心を計測する。面圧重心は乗員２２の姿勢変化に伴い移動する。このため、面圧重心の移動量から乗員２２の姿勢変化量を推定することができる。

図９（ｂ）に、面圧センサ４ｃによる面圧重心の計測手法を模式的に示す。図９（ｂ）の矩形の枠が面圧センサ４ｃの範囲を示しており、位置Ｐ３０が、乗員２２の身体上部の姿勢変化がない場合の面圧重心の位置を示す。乗員２２の身体上部がピッチ角Φ１１だけ前傾した場合、面圧重心が位置Ｐ３１に移動する。また、乗員２２の身体上部がロール角Φ２１だけ左方向に傾いた場合、面圧重心が位置Ｐ３２に移動する。

本発明の実施の形態の第３の変形例によれば、姿勢検出手段３として、変位センサやカメラ等の光学的手段を用いて直接計測するだけでなく、面圧センサ４ｃ等を用いて姿勢変化に伴って生じる間接的な量の変化から乗員２２の姿勢変化を推定することも可能となる。

（第３の変形例）
本発明の実施の形態の第３の変形例では、第１の変形例と同様に、図１に示した加速度検出手段２、姿勢検出手段３及びＥＣＵ１としての機能を、図１０に示すように、スマートフォンや携帯電話等の汎用の電子機器５１で実現させる。電子機器５１は、姿勢制御対象である乗員２２，２３の頭部又は身体上部が撮像範囲５２に収まるように配置される。

本発明の実施の形態の第３の変形例では更に、触覚付与手段４としてシートに固定したアクチュエータを用いる代わりに、別の電子機器５３を用いることで実現させる。電子機器５３としては、スマートフォンや携帯電話、ゲーム機の振動デバイスを内蔵したコントローラ等が使用可能である。電子機器５１及び電子機器５３とは有線で接続してもよく、或いはＢｌｕｅｔｏｏｔｈや赤外線、無線ＬＡＮ等の非接触な伝達方式を用いてもよい。

また、触覚付与手段４として、シートに固定したアクチュエータを用いる代わりに、乗員２２，２３が装着可能な、振動機能や触覚感覚発生機能を有するデバイスを使用してもよい。例えば、図１１（ａ）に示すような眼鏡等の顔装着型のデバイス６１や、図１１（ｂ）に示すように帽子やカツラ等の頭部装着型のデバイス６２、図１１（ｃ）に示すような腕装着型のデバイス６３であってもよい。デバイス６１，６２，６３のそれぞれには振動子６１ａ，６２ａ，６３ａが内蔵されている。

（第４の変形例）
本発明の実施の形態の第４の変形例では、第１の変形例と同様に、図１に示した加速度検出手段２、姿勢検出手段３及びＥＣＵ１としての機能を、図１２に示すように、スマートフォンや携帯電話等の電子機器７１で実現させる。電子機器７１は、姿勢制御対象である乗員２２，２３の頭部又は身体上部が撮像範囲７２に収まるように配置される。

本発明の実施の形態の第４の変形例では更に、乗員２２が小さな子供の場合等には、ぬいぐるみ等の玩具７３を抱えている場合が想定される。そこで、図１３（ａ）に示すように、触覚付与手段としてのアクチュエータ７４を玩具７３に内包させ、玩具７３を仲介物体として乗員２２に触覚を付与してもよい。乗員２２は玩具７３等の仲介物体を介してアクチュエータ４からの振動又は変動による触覚感覚を得ることができる。電子機器７１とアクチュエータ７４とは有線で接続してもよく、或いはＢｌｕｅｔｏｏｔｈや赤外線、無線ＬＡＮ等非接触な伝達方式を用いてもよい。

本発明の実施の形態の第４の変形例によれば、乗員２２に対して触覚を付与する際に、玩具７３等の仲介物体を利用することで、乗員２２とのインターフェースとしての親和性を向上させることができる。なお、図１３（ｂ）に示すように、玩具７３等の仲介物体に可動部７５を持たせて、アクチュエータ７４と連動又は単独で駆動できる可動機構を介して可動部７５を動かすことにより、乗員２２に姿勢変化方向を提示してもよい。

（第５の変形例）
本発明の実施の形態の第５の変形例に係る乗員姿勢制御装置は、図１４に示すように、車両運動の予定情報を取得する車両運動情報取得手段５を更に備える点が、図１に示した乗員姿勢制御装置の構成と異なる。車両運動情報取得手段５としては、例えば操舵装置、ナビゲーション装置又は車両制御装置が使用可能である。また、車両運動情報取得手段５が取得する車両運動の予定情報としては、操舵装置等からの車両操作情報、ナビゲーション装置からの経路や速度情報、また車両が自動運転や運転支援状態であれば車両制御装置からの車両操作予定情報等である。

本発明の実施の形態の第５の変形例においては、判定部１１は、車両運動情報取得手段５により取得された車両運動の予定情報に基づいて、現在から一定時間後までの間に発生する車両の将来の加速度を予測する。更に、判定部１１は、姿勢検出センサ３により検出された現在の乗員の姿勢が、車両の将来の加速度に対して制御領域にあるか否かを判定する。その結果、現在の乗員の姿勢が、車両の将来の加速度に対して制御領域にあると判定された場合には、将来的に乗員の姿勢の乱れが大きくなることが推測されるので、事前に乗員の姿勢を制御する必要があると判定する。

本発明の実施の形態の第５の変形例に係る乗員姿勢制御装置の他の構成は、本発明の実施の形態に係る乗員姿勢制御装置の構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

次に、図１５のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態の第５の変形例に係る方法の一例を説明する。

ステップＳ２０において、車両運動情報取得手段５が車両運動の予定情報を取得する。ステップＳ２１において、姿勢検出手段３が現在の乗員の姿勢を検出する。

ステップＳ２２において、判定部１１が、車両運動情報取得手段５により取得された車両運動の予定情報に基づいて、現在から一定時間後までの間に発生する車両運動に伴う将来の加速度を予測する。更に、判定部１１が、予測された将来の加速度に対して、姿勢検出手段３により検出された現在の乗員の姿勢が制御領域にあるか否かを判定する。ステップＳ２２において制御領域にあると判定された場合には、ステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３において、補正部１２が、姿勢の補正方向及び補正量を算出する。ステップＳ２４において、制御部１３が、アクチュエータ４を作動させて補正方向及び補正量を乗員へ伝達する。

一方、ステップＳ２２において非制御領域にあると判定された場合、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６〜Ｓ２９の手順は、図７のフローチャートのステップＳ１２〜Ｓ１５の手順と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

本発明の実施の形態の第５の変形例によれば、判定部１１が車両の将来の加速度を予測し、予測された加速度及び現在の乗員の姿勢の相関に基づいて乗員の姿勢制御の必要の有無を判定することにより、将来的な乗員姿勢制御のための方向提示をより早く開始させることができ、乗員姿勢制御の能力を高めることができる。

（第６の変形例）
本発明の実施の形態の第６の変形例では、乗員の姿勢変化速度を考慮する場合を説明する。乗員の現在の姿勢だけを見た場合には制御で姿勢を戻させる必要のない領域（非制御領域）にあったとしても、姿勢変化速度が過大なときには、自分の姿勢を調整するまでの時間遅れがあるために、結果として過大な姿勢変化を起こし、制御領域に到達する場合がある。

そこで、本発明の実施の形態の第６の変形例においては、乗員の姿勢変化の速度を計測又は推定する。例えば、図１４に示した判定部１１が、姿勢検出センサ３により検出された乗員２２の姿勢の時間変化に基づいて、乗員２２の姿勢変化の速度ｄΦを推定する。判定部１１は更に、現在の姿勢変化量Φ_０及び姿勢変化速度ｄΦを用いて、補正遅れ時間Ｔ_Φだけ後の時刻における将来の姿勢変化量

を以下の式（１）に示すように算出する。

補正遅れ時間Ｔ_Φは、人間の姿勢制御の反応時間遅れを考慮して事前に設定し、ＥＣＵ１の記憶手段に記憶しておけばよい。

例えば、図１６に示すように、加速度検出センサ２により検出された現在の加速度ａ３と、姿勢検出センサ３により検出された現在の姿勢量Φ_０との対応位置Ｐ４１が非制御領域にある。一方、判定部１１により算出された将来の姿勢変化量

と、加速度検出センサ２により検出された現在の加速度ａ３との対応位置Ｐ４２は制御領域にあるため、判定部１１は乗員姿勢制御が必要と判定する。補正部１２は、将来の姿勢変化量

を直線Ｌ２１上の位置Ｐ４３又は位置Ｐ４３よりも小さく戻すように補正量及び補正方向を算出する。

次に、図１７のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態の第６の変形例に係る乗員姿勢制御方法の一例を説明する。

ステップＳ３０は、ステップＳ２０と同様であり、車両運動の予定情報を取得する。ステップＳ３１においては、姿勢検出センサ３が、乗員姿勢を検出することに加え、乗員姿勢の変化速度を更に検出する点が、図１５に示したステップＳ２１の手順と異なる。ステップＳ３２〜Ｓ３８は、図１５に示したステップＳ２２〜Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ２９と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

ステップＳ３６において、非制御領域に該当すると判定された場合の処理が、図１５に示したフローチャートと異なる。即ち、ステップＳ３９において、判定部１１が、式（１）を用いて補正遅れ時間Ｔ_Φ後の将来の姿勢変化予測量を計算する。ステップＳ４０において、判定部１１が、将来の姿勢変化予測量が、現在の加速度に対して制御領域にあるか否かを判定する。ステップＳ４０において制御領域にあると判定された場合に、ステップＳ３３に移行する。ステップＳ３３において、補正部１２が姿勢補正方向及び補正量を算出する。ステップＳ３４において、制御部１３が、アクチュエータ４を作動させて姿勢補正方向及び補正量を乗員に対して提示する。

本発明の実施の形態の第６の変形例によれば、将来の姿勢変化量を用いて乗員姿勢制御の必要の有無を判定することにより、乗員姿勢制御のための方向提示を早く開始させることができる。この結果、乗員姿勢制御の能力を高めることができる。

１…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２…加速度検出手段
３…姿勢検出手段
４…触覚付与手段
５…車両運動情報取得手段
１１…判定部
１２…補正部
１３…制御部

Claims

車両の加速度を検出する加速度検出手段と、
乗員の姿勢の変化量を検出する姿勢検出手段と、
前記検出された加速度の変化に対する前記検出された乗員の姿勢の変化量が、所定の変化量より過大であるか否かにより前記乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する判定部と、
前記判定部によって前記乗員の姿勢制御が必要と判定された場合に、前記検出された加速度の変化による前記乗員の姿勢の乱れを補正するように、前記乗員に触覚を付与する触覚付与手段
とを備えることを特徴とする乗員姿勢制御装置。
前記触覚付与手段が、前記検出された加速度に基づいて生じる慣性力の方向を前記乗員に触覚で提示することを特徴とする請求項１に記載の乗員姿勢制御装置。
前記姿勢検出手段が、前記乗員の姿勢を間接的に推定することにより前記乗員の姿勢を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の乗員姿勢制御装置。
前記加速度検出手段が、前記車両の横加速度及び前後加速度の少なくともいずれかを検出し、
前記姿勢検出手段が、前記加速度検出手段により検出された加速度と一致する方向における前記乗員の姿勢を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の乗員姿勢制御装置。
前記判定部が、前記加速度と前記乗員の姿勢との関係式を用いて、前記乗員の姿勢制御の必要の有無を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の乗員姿勢制御装置。
前記判定部が、前記乗員の姿勢が前記加速度に対して予め設定された比例関係から逸脱して過大となるか否かを判定し、
前記触覚付与手段が、前記比例関係から逸脱して過大となると判定された場合に、前記乗員の姿勢を前記比例関係に戻す方向を、前記乗員に対して触覚で提示する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の乗員姿勢制御装置。
前記判定部が、
前記検出された乗員の姿勢の変化速度から前記乗員の将来の姿勢を推定し、
前記検出された加速度及び前記推定された乗員の将来の姿勢の相関に基づいて、前記乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の乗員姿勢制御装置。
前記判定部が、
前記車両の将来の加速度を予測し、
前記予測された加速度及び前記検出された乗員の姿勢の相関に基づいて、前記乗員の姿勢制御の必要の有無を判定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の乗員姿勢制御装置。