JP2004140949A - 圧力分布パターンによる走行制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチがONされている場合、圧力分布センサからの信号を取込んで足圧力分布パターンをセンシングし(S2)、設定時間T0までの足圧力分布パターンの平均化を完了すると、時間平均した足圧力分布パターンを基準パターンとし、この基準パターンの積分値で圧力値を標準化する(S5)。そして、標準化された足圧力分布パターンをパターン認識して現時刻の制御モードを決定し(S6)、制御モードに従った駆動制御を実行する(S7)。これにより、運転者が作用させる力と走行状態とを人間の感覚に一致させ、容易な操作で安定した走行制御を実現することができる。
【選択図】 図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の感覚に合致した運転操作で容易且つ安定した走行を可能とする圧力分布パターンによる走行制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両等の人間を乗せて運ぶ手段としての走行装置を有人で運転する場合には、ハンドル、アクセル、ブレーキ等をそれぞれ操作しなければならず、操作に習熟が必要であるばかりでなく、負担がかかる。このため、従来から運転操作を支援するための各種技術が提案されており、例えば、特開平11−326084号公報には、車両のシート座面及びシート背面にマトリクス状に圧力センサを配置するとともに車体振動成分を検出するための加速度センサを車体内に配置し、圧力センサの出力信号から車体振動成分をキャンセルしたシート座面及びシート背面の体圧分布を求め、この体圧分布の時間変化を検出してドライバの覚醒度や疲労度を求め、必要に応じて警報を発する技術が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−326084号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、運転操作の負担を軽減するに止まり、運転操作そのものは同じであるため、必ずしも人間の感覚に一致しない操作を強いられることにかわりはない。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、人間の感覚に合致した運転操作で容易且つ安定した走行を可能とする圧力分布パターンによる走行制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、運転者が走行装置に対する運転操作として所定の部位に作用させる力の圧力分布パターンを検出する手段と、上記圧力分布パターンから運転者の運転操作意図に対応する制御モードを決定し、決定した制御モードで上記走行装置を制御する手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
すなわち、本発明は、運転者が運転操作として所定の部位に作用させる力の圧力分布パターンを検出し、検出した圧力分布パターンから運転者の運転操作意図に対応する制御モードを決定して走行制御を行うことで、人間の感覚に合致した操作で容易且つ安定した走行を可能とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図8は本発明の実施の第1形態に係わり、図1は並行2輪電動車の走行制御システムの構成図、図2は足圧力分布測定の説明図、図3は圧力値の分布と足圧力分布パターンを示す説明図、図4は左足の圧力分布パターンと制御モードとの関連を示す説明図、図5は両足の圧力分布パターンと制御モードとの関連を示す説明図、図6はメイン制御のフローチャート、図7は直進走行における駆動制御のフローチャート、図8は高速走行における駆動制御のフローチャートである。
【0009】
本発明は、電動モータやエンジン等によって駆動される走行装置において、運転者が所定の部位に作用させる力の圧力分布から操作意図を認識し、前進、後退、旋回、停止等の走行制御を行うものであり、以下、図1に基づいて、電動モータで駆動される2つの車輪が進行方向に並行に配置された2輪車(以下、並行2輪電動車と称する)を例に取って説明する。
【0010】
同図において、符号1は並行2輪電動車であり、例えば、左右2つの車輪の上部に設けた運転台に立ち姿勢で搭乗し、固定ハンドルを把持しながら走行する2輪車として構成される。この並行2輪電動車1は、左右の車輪2,2に、それぞれ独立した電動モータを含む駆動装置3,3を備え、コントローラ4によって制御される。コントローラ4には、車速センサ5や以下に説明する圧力分布センサ6からの信号が入力され、これらの信号に基づいて、運転者の手や足の押付け方、体重移動等を認識し、並行2輪電動車1の前進、後退、旋回、停止等の走行制御を行う。
【0011】
本形態においては、運転者の足の踏み付け力の圧力分布を足形を含んで認識し、この認識結果に基づいて走行制御を行う例について説明するが、足の踏付け力の代わりに、ハンドルを握る手の握力、シートへの座り方等の体を壁に押付ける力等で置き換えることも可能である。
【0012】
足の踏付け力の圧力分布測定には、シート面圧力分布測定等に使用されるシート状の圧力センサ(センサシート)を圧力分布センサ6として用いる。図2に示すように、運転台に配設されたセンサシート(圧力分布センサ)6上に運転者が足を乗せると、この足の押付け力がセンシングされ、足の押付け力の圧力分布パターン(足圧力分布パターン)が得られる。この足圧力分布パターンは、例えば、図3(a)に示すように、低から高の圧力値を複数の段階に区分した場合、図3(b)に示すように、各圧力値の区分に対応した階調での濃度分布パターンの画像データとして得ることができる。尚、図3(b)に示す圧力分布パターンは、乗車した直後の初期パターンを示し、この初期パターンを基準として走行時の足圧力分布パターンを判断する。
【0013】
測定した足圧力分布パターンはコントローラ4に送られ、コントローラ4で、足圧力分布パターンの認識処理が実行される。コントローラ4には、足圧力分布パターンと左右の駆動装置3,3の制御モードとの関係を事前に学習してあるニューラルネットワークが組み込まれており、このニューラルネットワークを用いてセンシングした足圧力分布パターンから運転者の操作意図を認識する。事前に構築された足圧力分布パターンと制御モードとの相関関係は、予め複数用意されており、適宜選択可能とされている。
【0014】
図4は、左足の圧力分布パターンで右車輪の伝動モータを制御する場合の足圧力分布パターンと走行制御との関連付けを示す例であり、ニューラルネットワークによる足圧力分布パターンの認識結果により、以下の(1−1)〜(1−4)に示す制御モードが決定される。
【0015】
(1−1)停止モード
図4(a)に破線で示すように、足圧力分布パターンが検出されない状態、すなわち、足をセンサシート6から離した状態では、電動モータを停止させる。
【0016】
(1−2)ニュートラルモード
図4(b)に示すように、初期パターンと同じ状態では、電動モータをニュートラル状態とする。
【0017】
(1−3)前進モード
図4(c)に示すように、つま先側に体重が掛かった足圧力分布パターンでは、電動モータを前進方向に制御する。この場合、つま先側の圧力分布の大きさに応じて電動モータの回転速度を変化させ、前進走行時の走行速度を変化させる(加速或いは減速モード)。
【0018】
(1−4)後退モード
図4(d)に示すように、かかと側に体重が掛かった足圧力分布パターンでは、電動モータを後退方向に制御する。この場合、かかと側の圧力分布の大きさに応じて電動モータの回転速度を変化させ、後退速度を変化させる。
【0019】
一方、図5は、左右の足圧力分布パターンを組合わせて制御モードを決定する例を示すものであり、以下の(2−1)〜(2−7)に示す制御モードが決定される。
【0020】
(2−1)前進モード
両足のつま先側に力を入れることで、図5(a)に示すように両足のつま先側に体重が掛かった足圧力分布パターンとなり、このパターンを認識すると、電動モータを前進方向に制御する。この場合、つま先側の圧力分布の大きさで、電動モータの回転速度を変化させ、前進走行時の走行速度を変化させる(加速或いは減速モード)。
【0021】
(2−2)後退モード
両足のかかと側に力を入れることで、図5(b)に示すように両足のかかと側に体重が掛かった足圧力分布パターンとなり、このパターンを認識すると、電動モータを後退方向に制御する。この場合、かかと側の圧力分布の大きさで、電動モータの回転速度を変化させ、後退速度を変化させる。尚、この圧力分布パターンを減速モード或いは停止モードとしても良く、かかと側の圧力分布の強弱により、減速度(ブレーキ力)を変化させる。
【0022】
(2−3)停止モード
図5(c)に破線で示すように、両足の足圧力分布パターンが検出されない状態、すなわち、両足をセンサシート6から降ろした状態では、電動モータを停止させる。
【0023】
(2−4)ニュートラルモード
初期パターンと同じ姿勢を取ることで、図5(d)に示すような足圧力分布パターンとなり、この分布パターンを認識すると、電動モータをニュートラル状態とする。
【0024】
(2−5)右折(左折)モード
右折モードは、右つま先側に力を入れることで、図5(e)に示すような圧力分布パターンに対応するモードであり、右車輪をニュートラル状態として左車輪を前進方向に回転するように電動モータを制御する。一方、左折モードは、右折モードと逆のパターン、すなわち左つま先側に力を入れた圧力分布パターンに対応し、左車輪をニュートラル状態として右車輪を前進方向に回転するように電動モータを制御する。この場合、右(左)つま先側の圧力分布の大きさで、左(右)車輪側の電動モータの回転速度を変化させ、速度を変化させる。
【0025】
(2−6)右旋回(左旋回)モード
右旋回モードは、図5(f)に示すように、右折モードの足圧力分布パターンに対し、左足をセンサシート6から離した状態のパターンに対応するモードであり、右車輪を停止させた状態で左車輪を前進方向に回転させる。一方、左旋回モードは、左折モードの足圧力分布パターンに対し、右足をセンサシート6から離した状態のパターンに対応し、左車輪を停止させた状態で右車輪を前進方向に回転させる。この右旋回或いは左旋回モードでは、右折或いは左折モードよりも急激に曲がる。
【0026】
(2−7)右回転(左回転)モード
右回転モードは、図5(g)に示すように、右つま先側と左かかと側とに力を入れた足圧力分布パターンに対応するモードであり、右車輪は後退方向、左車輪は前進方向に回転するように電動モータを制御し、この結果、両車輪の中心に対して右回転する。一方、左回転モードは、右回転モードと逆のパターン、すなわち左つま先側と右かかと側とに力を入れた足圧力分布パターンに対応し、右車輪は前進方向、左車輪は後退方向に回転するように電動モータを制御し、その結果、両車輪の中心に対して左回転する。この場合においても、当然、足圧力の強弱によって回転速度が変化する。
【0027】
尚、簡易的には、運転台に複数個のスイッチを配設して圧力分布センサ6として用い、複数個のスイッチのON,OFFパターンを圧力分布パターンとして運転者の操作意図を認識し、予め関連付けられた制御モードを実行するようにしても良い。
【0028】
以下、コントローラ4による並行2輪電動車1の制御について、図6〜図8に示すフローチャートを用いて説明する。
【0029】
図6は全体のメイン制御を示すものであり、プログラムがスタートすると、先ず、ステップS1において、並行2輪電動車1を使用可能とするメインのスイッチがONされているか否かを調べる。そして、スイッチがOFFの場合、ステップS1で処理を終了して停止状態とし、スイッチがONされている場合、ステップS2へ進んで、圧力分布センサ6からの信号を取込んで足圧力分布パターンをセンシングする。
【0030】
次いで、ステップS3へ進み、スイッチON後の経過時間Timeが設定時間T0に達しているか否かを調べる。この設定時間T0は、足圧力分布の基準パターンを求めるための準備時間であり、Time<T0のとき、ステップS3からステップS4へ進んで時間経過毎に得られる足圧力分布パターンを時間平均し、ステップS1へ戻る。
【0031】
そして、スイッチON後、Time≧T0となり、設定時間T0までの足圧力分布パターンの平均化を完了すると、ステップS3からステップS5へ進み、時間平均した足圧力分布パターンを、乗車した直後のニュートラル状態(無操作状態)を定める基準パターンとし、体重(=足圧力分布の積分値)の相違による誤認識を防止するため、基準パターンの積分値で圧力値を標準化(例えば、0〜256に数値化)する。この基準パターンは、当初、図3(b)に示すような左右両足の足形を含む初期圧力状態のパターン(初期パターン)であるが、走行時に適宜変更可能である。
【0032】
ステップS5に続くステップS6では、標準化された足圧力分布パターンをニューラルネットワークでパターン認識する。すなわち、ニューラルネットワークの学習データから現在の足圧力分布パターンに最も近い足形を探し出し、現時刻の制御モードを決定する。そして、ステップS7で制御モードに従った駆動制御を行い、ステップS1へ戻る。そして、状況に応じて適宜、基準パターンを変更し、上述の処理を継続する。
【0033】
ステップS7における駆動制御は、前述の図4や図5で説明したように、ニューラルネットワークに事前に構築された足圧力分布パターンと制御モードとの相関関係から決定される制御モードで実行される。例えば、現在の足圧力分布パターンが図5(c)に示すパターンであると認識されたときには、前進走行の制御モードを実行し、両足のつま先側への踏み付け力の変化(体重移動の強弱)に応じて電動モータの回転速度を変化させ、走行速度を変化させる。
【0034】
この場合、体重移動は、足圧力分布パターンの画像データの時間変化データ(=現時刻の画像データ−前時刻の画像データ)を積分して判断することが可能である。すなわち、所定の制御モードに対応する足圧力分布パターンにおいて、画像データの時間変化データを積分した場合、その積分値が零であれば、分布パターンに変化が無い(体重移動が無い)と判断することができ、一方、積分値の最大値は体重の2倍となる。従って、この積分値に基づいて、駆動装置3,3のモータ回転数(或いは駆動トルク)に補正を加えることで、足の踏み付け力の変化に対するレスポンスを向上することができる。
【0035】
図7は、前進モードの直進走行における駆動制御の例であり、この駆動制御では、先ず、ステップS11で、左右の駆動装置3,3における回転数(或いはトルク)の差の絶対値が設定値α1を越えているか否かを調べる。その結果、 左回転数−右回転数 ≦α1の場合には、ステップS11からステップS15へジャンプしてモータ回転数(或いは駆動トルク)の現在の指示値を維持して駆動装置の制御
を継続し、│左回転数−右回転数│>α1の場合、ステップS11からステップS12へ進んで、更に左回転数と右回転数とを比較し、両者の大小関係を調べる。
【0036】
ステップS12において、左回転数>右回転数の関係にある場合、ステップS13で左回転数に補正値f(x)を加算した値を右回転数とし、左回転数≦右回転数の関係にある場合、ステップS14で右回転数に補正値f(x)を加算した値を左回転数とする。補正値f(x)は、回転数差をパラメータとする関数を用いて算出され、0〜 左回転数−右回転数 の間の値を取る補正値である。そして、補正値f(x)による補正を行った後、ステップS15へ進み、回転数が低い側の駆動装置3のモータ回転数(或いは駆動トルク)の指示値を変更する。
【0037】
すなわち、直進走行時、左右の駆動装置3,3における回転数(或いはトルク)の差が設定値α1以上のときには、小さい方の回転数を補正して大きい方の回転数に近づけることで、左右差を少なくして直進走行における左右の車輪2,2のふらつきを防止し、走行安定性を向上することができる。
【0038】
一方、図8は、足圧力分布パターンに基づいて決定された制御モードでの走行中、車速が設定車速以上になったとき、強制的に直進走行として走行安定性を確保するための駆動制御である。
【0039】
この制御では、先ず、ステップS21で、左右の駆動装置3,3のどちらかの回転数(或いはトルク)が設定値α2を越えているか否かを調べ、既定以上の高速走行状態か否かを判断する。尚、車速から高速走行状態か否かを直接判断しても良い。
【0040】
そして、左(或いは右)回転数≦α2であり、既定以上の高速走行状態でない場合には、ステップS21からステップS25へジャンプしてモータ回転数(或いは駆動トルク)の現在の指示値を維持し、足圧力分布パターンの認識結果に応じた制御モードでの駆動制御を継続する。また、左(或いは右)回転数>α2で既定以上の高速走行状態となった場合には、ステップS21からステップS22へ進み、左回転数と右回転数とを比較して両者の大小関係を調べる。
【0041】
その結果、ステップS22において、左回転数>右回転数の関係にある場合には、ステップS23で右回転数を左回転数と同じ回転数とし、左回転数≦右回転数の関係にある場合、ステップS24で左回転数を右回転数と同じ回転数とする。そして、ステップS25で、回転数が低い側の駆動装置3のモータ回転数の指示値を変更して左右の回転数差をなくし、足圧力分布パターンの認識結果に応じた制御モードを強制的に直進走行とする。
【0042】
このように、本実施の形態においては、前進したいと思えば前方に体重移動し、右折したければ右側に体重移動するといったように、運転者の手や足の押し付け力や体重移動等による圧力分布から運転者の操作意図を認識し、前進、後退、旋回、停止等の走行制御を行うので、運転者が作用させる力と車輪の回転を人間の感覚に一致させることができ、容易な操作で柔軟性が高く、且つ安定した走行制御を実現することができる。
【0043】
しかも、手や足、その他の体の一部を感覚と合致した方向に作用させれば良いため、操舵用のハンドルが無くとも(手を離したままでも)走行可能であり、身体障害者の走行装置にも適用可能である。
【0044】
次に、本発明の実施の第2形態について説明する。図9は本発明の実施の第2形態に係わるメイン制御のフローチャートである。
【0045】
第2形態は、足圧力分布パターンの情報データを取得できない場合に対処するものであり、第1形態で説明したメイン制御の一部の処理を変更する。
【0046】
すなわち、図9に示すように、スイッチON後、ステップS3でTime≧T0となったとき、ステップS3からステップS3−1へ進み、足圧力分布パターンのデータの有無を調べる。その結果、足圧力分布パターンのデータが有る場合には、第1形態と同様、ステップS5,S6,S7の処理を実行し、足圧力分布パターンのデータが無い場合、ステップS3−1からステップS3−2へ進み、足圧力分布パターンのデータが無い状態の継続時間Time1が設定時間T1以上となったか否かを調べる。
【0047】
そして、Time1<T1の場合、すなわち、ジャンプ等で足がセンサシート6から離れる等して一時的に足圧分布の情報データをセンシングできなくなったような場合には、ステップS−2からステップS7へ進み、直前までの足圧力分布パターンから変化が無いものとして処理する。また、Time1≧T1になった場合、すなわち、運転台から飛び降りる等して、足圧力分布パターンの情報データが設定時間T1以上連続して得られない場合には、ステップ3−2から停止モードに移行して強制的に走行停止とする。
【0048】
第2形態では、足が一時的にセンサシート6から離れる等して足圧力分布パターンの情報データを一時的に取得できなくなった場合にも安定した走行を可能とし、また、運転台から飛び降りる等して継続的に足圧力分布パターンの情報データを取得できなくなった場合には、強制的に走行停止とし、より安全性を向上することができる。
【0049】
図10は本発明の実施の第3形態に係わり、メイン制御のフローチャートである。
【0050】
第3形態は、センサシート6から足を踏み外す等して、足全体の圧力分布パターンが得られなくなった場合においても、適切に認識を行って安定した走行を可能とするものである。
【0051】
このため、第3形態のメイン制御では、図10に示すように、第1形態のメイン制御のステップS5以下の処理を変更する。すなわち、ステップS5において基準パターンで標準化した後、ステップS5からステップS5−1へ進み、足圧力分布パターンを積分する。そして、ステップS5−2で、1つ前の時刻における積分値と現時刻における積分値との差(絶対値)が設定値β未満であるか否かを調べる。
【0052】
前述したように、足圧力分布パターンの積分値は体重を表すため、1つ前の時刻における積分値と現時刻における積分値とを比較することにより、体重移動の有無(センサシート6への足の乗せ方の変化)を検知することができる。従って、明らかにセンサシート6から足を踏み外していると判断することのできる積分値の変化量を予め設定値βとして記憶しておく。そして、足圧力分布パターンの積分値の変化量(積分値の差の絶対値)が設定値β未満である場合には、センサシート6から足を踏み外していないと判断して、第1形態と同様にステップS6で足圧力分布パターンを認識し、積分値の変化量(積分値の差の絶対値)が設定値β以上である場合、センサシート6から足を踏み外していると判断し、ステップS5−2からステップS5−3へ進んで分布パターンを推定する。
【0053】
本システムでは、足圧力分布パターンと同時に足形も認識しているため、どの部分が欠けているかがわかり、一部欠けた分布パターンの画像データを基に、この画像データと最も類似した画像データを学習データの中から探し出す。そして、現積分値が前の積分値と等しくなるように最も近い学習データの分布パターンを修正し、駆動装置3,3のモータ回転数(或いは駆動トルク)を補正することで、センサシート6から一部足を踏み外した場合においても、安定した走行を可能とすることができる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、運転者が所定の部位に作用させる力の圧力分布パターンから運転者の運転操作意図に対応する制御モードで走行制御を行うので、運転者が作用させる力と走行状態とを人間の感覚に一致させることができ、容易な操作で安定した走行制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係わり、並行2輪電動車の走行制御システムの構成図
【図2】同上、足圧力分布測定の説明図
【図3】同上、圧力値の分布と足圧力分布パターンを示す説明図
【図4】同上、左足の圧力分布パターンと制御モードとの関連を示す説明図
【図5】同上、両足の圧力分布パターンと制御モードとの関連を示す説明図
【図6】同上、メイン制御のフローチャート
【図7】同上、直進走行における駆動制御のフローチャート
【図8】同上、高速走行における駆動制御のフローチャート
【図9】本発明の実施の第2形態に係わり、メイン制御のフローチャート
【図10】本発明の実施の第3形態に係わり、メイン制御のフローチャート
【符号の説明】
1 並行2輪電動車
3 駆動装置
4 コントローラ
6 圧力分布センサ
Claims (12)
- 運転者が走行装置に対する運転操作として所定の部位に作用させる力の圧力分布パターンを検出する手段と、
上記圧力分布パターンから運転者の運転操作意図に対応する制御モードを決定し、決定した制御モードで上記走行装置を制御する手段とを備えたことを特徴とする圧力分布パターンによる走行制御装置。 - 上記制御モードを、上記圧力分布パターンと予め関連付けておくことを特徴とする請求項1記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 乗車直後の所定時間における圧力分布パターンを、ニュートラル状態を定める基準パターンとすることを特徴とする請求項1又は2記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記基準パターンを、走行後においても適宜変更可能とすることを特徴とする請求項3記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記圧力分布パターンの情報データを一時的に取得できなくなった場合、前回取得した圧力分布パターンを今回の圧力分布パターンとして用いることを特徴とする請求項1〜4の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記圧力分布パターンの情報データを設定時間以上継続して取得できなかった場合、上記走行装置を強制的に停止させることを特徴とする請求項1〜5の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記圧力分布パターンの一部が欠けた場合、前回までの圧力分布パターンに基づいて今回の圧力分布パターンを推定することを特徴とする請求項1〜6の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 所定の圧力分布パターン内の情報データの時間変化率に基づいて、対応する制御モードにおける制御量を補正することを特徴とする請求項1〜7の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記圧力分布パターンを、運転者の手或いは足による圧力分布パターンとし、
上記圧力分布パターンに基づく制御モードで、複数の独立した走行駆動源を独立して制御することを特徴とする請求項1〜8の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。 - 直進走行時に、上記複数の走行駆動源の回転数或いはトルクの差が予め設定した許容範囲から外れたとき、上記複数の走行駆動源の回転数或いはトルクの差がなくなるよう、上記走行駆動源の制御量を補正することを特徴とする請求項9記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 上記走行駆動源の制御量を、上記複数の走行駆動源の回転数或いはトルクの差の関数により算出される補正値を用いて補正することを特徴とする請求項10記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
- 設定速度以上での走行時、上記圧力分布パターンから決定した制御モードに拘らず、上記複数の走行駆動源の回転数或いはトルクが同一となるように制御することを特徴とする請求項9〜11の何れか一に記載の圧力分布パターンによる走行制御装置。
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