JP2008018845A - 逸脱防止装置付自動運転車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな逸脱防止装置を備えた逸脱防止装置付自動運転車両を提供すること。
【解決手段】所定の走行コースを自動で走行し、フェイル時には逸脱防止用レール１００に溝付車輪１１を押し付け、その溝付車輪１１によって走行をコントロールして緊急停車させる逸脱防止装置１０を備えた逸脱防止装置付自動運転車両１であって、逸脱防止装置１０は、車体に対して上下方向に拡張及び収縮するように空気バネ１２が固定され、アクスル５に対して車体横方向にスライド可能にスライダ３０が取り付けられ、そのスライダ３０には上下方向に昇降用ロッド１６が固定され、空気バネ１２の下側に固定されたフレーム１３が昇降用ロッド１６に対して摺動可能に取り付けられ、そのフレーム１３に対して溝付車輪１１が軸支して構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気マーカに従って自動運転が可能な磁器誘導式の車両などの自動運転車両に関し、特に、車両の床下高さを低くするコンパクトな逸脱防止装置を備えた逸脱防止装置付自動運転車両に関する。

従来から、車両の走行を制御による自動運転を目的として、走行路には磁気マーカを埋設して走行目標ラインを設定し、一方の車両には、その磁気マーカを検出する磁気センサを備えて、走行目標ラインから逸脱しないように所定のコースを走行する自動運転車両の逸脱防止方法が提案されている。無人自動運転を前提とした無軌道系交通機関として、例えば無軌条電車のトロリーバスや磁気誘導式鉄道（ＩＭＴＳ）などがある。
特開平１０−１０５８９４号公報（第２−３頁、図１）

ところで、従来の無軌道系交通機関で自動運転を行う場合には、自動運転装置の故障などによって車両が走行目標ラインから逸脱してしまう危険を回避するため、走行路の両側には高さ２００ｍｍ程度の誘導壁を設ける必要があった。しかし、こうした誘導壁は一般車両や歩行者が利用する一般道に設けることができない。そのため、自動運転車両が走行するための走行路は、高架線にするなど専用線としなければならず、その建設費用が莫大なものになってしまう。

従って、自動運転車両が一般道においても誘導壁を設けることなく安全に走行できるようにすることが求められ、自動運転車両自体に逸脱防止装置を備えるようにしたものが提案されている。そして、自動運転車両は、路線バスなどの公共目的で使用することが想定されるが、バリアフリーの観点から低床構造にすることが望まれる。しかし、車両の下側に取り付けることになる逸脱防止装置の寸法が大きくなると、車両の床下高さが高くなってしまい、乗り降りに段差が必要な車両となってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、コンパクトな逸脱防止装置を備えた逸脱防止装置付自動運転車両を提供することを目的とする。

本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両は、通信手段やセンサなどを用いて設定された所定の走行コースを確認しながら自動で走行し、フェイル時には、走行コースに沿って敷設された逸脱防止用レールに溝付車輪を押し付け、その溝付車輪によって走行をコントロールして緊急停車させる逸脱防止装置を備えた自動運転車両であって、前記逸脱防止装置は、車体に対して上下方向に拡張及び収縮するように空気バネが固定され、アクスルに対して車体横方向にスライド可能にスライダが取り付けられ、そのスライダには上下方向に昇降用ロッドが固定され、前記空気バネの下側に固定されたフレームが前記昇降用ロッドに対して摺動可能に取り付けられ、そのフレームに対して前記溝付車輪が軸支されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両は、前記逸脱防止装置が車体前後両側に設けられ、前後の区別なく走行が可能なものであることが好ましい。
また、本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両は、前記溝付車輪を軸支したフレームにはワイヤを介して格納手段が連結され、その格納手段の送出しや引戻し動作によって、当該ワイヤを緩めて前記溝付車輪を逸脱防止可能状態とし、また当該ワイヤを引っ張って前記溝付車輪を浮かせた格納状態とするようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両は、前記格納手段は電動シリンダであることが好ましい。

逸脱防止装置付自動運転車両は、設定された走行コースを無人走行する新交通システムなどに利用され、走行中、何らかの原因によって異常が発生した場合には、安全確保のために緊急停車して走行コースから外れることがないようにしたものである。すなわち、通常運転時には、溝付車輪がほぼ無負荷状態で逸脱防止用レールを単に転動するのみで、自動運転車両の操舵はタイヤの操作によって行われる。しかし、異常発生によって制御が不能になったような場合には、空気バネに対して緊急にエアが供給され、フロントタイヤのみにかかっていた車両の荷重が逸脱防止用レールを転がる溝付車輪にも分割して負荷され、逸脱防止用レールを転がる溝付車輪によって走行コースから外れることなく走行できる。

よって、本発明の逸脱防止装置付自動運転車両では、溝付車輪によって逸脱防止を実行するため、車両がコースから外れないように路面に誘導壁を設けた専用道路を造る必要がなくなった。そして、本発明は、空気バネにそのままフレームを介して溝付車輪を取り付けるようにしたため、コンパクトな逸脱防止装置とすることができ、車両の床下高さを低く抑えることが可能になる。また、空気バネ内のエアを排出して格納手段によってワイヤを引っ張って溝付車輪を浮かせた格納状態とすることで、手動運転によって一般道でも走行が可能となる。

次に、本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、逸脱防止装置付自動運転車両を概念的に示した図である。逸脱防止装置付自動運転車両（以下、単に「自動運転車両」とする）１が走行するコースには、例えば路面に磁気マーカが設置されており、自動運転車両１は、この磁気マーカを基準にした横方向位置を検出し、その検出情報に基づいて操舵および速度制御が行われ、コース路に従った無人による走行が可能になっている。

自動運転車両１に設けられた制御装置には、例えば、自動運転用ＥＣＵ、操舵用ＥＣＵ、アクセル用ＥＣＵ及び制動用ＥＣＵが設けられ、各種センサから送信されてくる検知信号に基づいて演算処理が行われる。自動運転車両１に設けられた車速センサからは、車速に対応した車速信号が、舵角センサからは操舵角に対応した操舵角信号が、そして位置センサからは、道路上の走行コースに沿って設置された磁気マーカを検出した位置信号が出力され、それぞれ制御装置へと送信されるようになっている。

また、制御装置のメモリには、自動運転車両１が走行するコースに関する情報などが格納されている。コースに関する情報とは、例えば、コース内の各位置での操舵角度や目標車速、その他、停留所などの位置などである。本実施形態の自動運転車両１は、例えば、こうした予め格納された情報と各センサから送信されてくる情報とに基づき、決められたコースを所定の速度で走行し、また停留所で停止して人の輸送ができるように構成されたものである。

自動運転車両１は、各センサからの検出信号及びメモリユニットからの情報に基づいて、所定のコースを予め定めた走行パターンに従って走行し、操舵用ＥＣＵ、アクセル用ＥＣＵ及び制動用ＥＣＵに対する制御信号が生成される。そこで、たとえば操舵用ＥＣＵでは、制御信号に基づいてステアリング機構に設けられた操舵アクチュエータが制御され、アクセル用ＥＣＵでは、制御信号に基づいてエンジンのスロットルバルブを駆動するアクセルアクチュエータの制御が行われるなどする。

そして、本実施形態の自動運転車両１は、前後の車輪部分に逸脱防止装置１０が設けられ、走行するコース上に敷設された逸脱防止用レール１００によって、非常時においてもコースから外れずに安全な進路が確保できるように構成されている。
自動運転車両１は、前後の区別が無く、図面左側を前にした走行と、図面右側を前にした走行とが可能になっている。従って、自動運転車両１には、前後両方向の走行に対応できるように車体２の前後両側に逸脱防止装置１０が設けられている。なお、ここでは図面左側を進行方向として走行する場合について説明する。

そして、本実施形態のように前後の区別無く走行が可能な自動運転車両１は、車体２の前後両側において逸脱防止装置１０を設ける必要があるが、前後の区別がある場合にはフロント側だけに逸脱防止装置１０を設けるようにすればよい。また、この自動運転車両１は、前述したような自動走行が可能なほか、運転席を有し、人による運転も可能なため、逸脱防止用レール１００が敷設された所定コース以外の走行も可能である。

次に、自動運転車両１の逸脱防止装置１０の構成について詳しく説明する。図２は、逸脱防止装置１０を平面的に示した図である。図３は、逸脱防止装置１０を走行方向正面側から示した図である。そして、図４は、逸脱防止装置１０を車体側面側から示した図である。
自動運転車両１が走行するコースには、図３に示すように逸脱防止用レール１００が敷設されている。逸脱防止用レール１００は、例えば鉄道に利用されているＪＩＳ規格品の製鉄レールがそのまま利用される。路面１１０には自動運転車両１の走行コースに沿って凹溝１１１が形成され、その中に逸脱防止用レール１００が納められている。逸脱防止用レール１００は、凹溝１１１の底部に埋設され、路面１１０から突き出ないよう設置されている。そして、凹溝１１１の側壁から路面１１０にかけて断面Ｌ字形の側保護ガイド１１２が左右に設けられている。

凹溝１１１は、逸脱防止用レール１００と側保護ガイド１１２による側面との間が左右ほぼ均等に形成され、その両側の隙間に逸脱防止装置１０の車輪１１が入るような幅及び深さで形成されている。すなわち、逸脱防止装置１０は、こうした逸脱防止用レール１００上を車輪１１を転動させるものであるが、特に本実施形態では、緊急停止時に自動運転車両１の進路が左右へ振れて走行コースから逸脱しないように、車輪１１は、逸脱防止用レール１００に対して両側から当たるよう中央に溝が形成された溝付車輪（以下、溝付車輪１１とする）が使用されている。

自動運転車両１は、車体２の前後に設置スペースが形成され、車体２の左右幅方向のほぼ中央に逸脱防止装置１０が取り付けられている。逸脱防止装置１０は、その設置スペースにおいて、空気バネ１２が車体側フレーム６に固定され、空気バネ１２の下に溝付車輪１１が取り付けられている。すなわち、空気バネ１２の下側には支持フレーム１３が固定され、その支持フレーム１３に対して溝付車輪１１が軸支されている。そして、逸脱防止装置１０は、自動運転車両１に備えられている不図示のエアタンクから空気バネ１２へ圧縮エアが供給され、空気バネ１２の拡張によって溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００へ押し付けられるよう構成されている。

支持フレーム１３は、水滴形状の支持プレート１４の下にブロックを介して溝付車輪１１の輪軸を軸支した軸受プレート１５が固定されている。そして、溝付車輪１１と空気バネ１２を一体にする支持フレーム１３は、その支持プレート１４の細くなった先端部が鉛直方向に設けられた昇降用ロッド１６に摺動可能に軸支され、溝付車輪１１の車軸が上下方向に傾かないよう構成されている。

通常走行時の逸脱防止装置１０は、空気バネ１２がほぼ大気圧のエア供給によって拡張状態にあり、溝付車輪１１は、自重によって逸脱防止用レール１００に載って転がっていく。従って、自動運転車両１が曲線部分を走行するような場合には、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００に沿って方向を変えることになる。本実施形態では、そうした場合でも車体２側に固定された空気バネ１２が捩れることにより、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００の変化に追随できるようになっている。

そして、空気バネ１２や溝付車輪１１は、前述したように支持フレーム１３が昇降用ロッド１６によって軸支されている。従って、曲線部分や振動などによって溝付車輪１１が振れると、一体に形成された支持フレーム１３が振れるだけの自由度が必要になる。そこで、逸脱防止装置１０は、昇降用ロッド１６が左右方向にスライドできるように構成されている。ここで、図５は、逸脱防止装置１０のスライド機構を示した平面図であり、図６は、同じスライド機構を空気バネ１２側から示した正面図である。

アクスル５は、図示するように車体２の左右に配置されたものである。そして、そのアクスル５の中央部分には、上下に「コ」の字のスペーサ２１（サイズの異なる両端のスペーサ２１ａも含む）がガタが無いように複数枚嵌め合わされている。そして、複数のスペーサ２１は、上下のベースプレート２３，２３と一体に形成されており、そのベースプレート２３，２３同士が、両端の幅広部分にてボルト２５とナットによって連結されている。こうしてアクスル５の中央部分には、上下に平行なベースプレート２３，２３が取り付けられている。

そして、アクスル５に固定されたベースプレート２３には、その上下両面にパッキン２６を介してオイルレスの摺動プレート２７が固定されている。摺動プレート２７は、ベースプレート２３よりも若干幅が広く形成され、それを上下左右から挟み込むようにスライダ３０が取り付けられている。
スライダ３０は、上下の摺動プレート２７を挟み込んだ２枚のスライドプレート３１，３１がボルト３２とナットによって連結されて一体になっている。そして、スライドプレート３１，３１の内側には、摺動プレート２７を幅方向に挟み込むように突設されたガイド３３，３４が形成されている。

また、スライダ３０は、スライドプレート３１，３１の外側には昇降用ロッド１６を支持するためのブラケット３５，３６が形成されている。ブラケット３５，３６は、溝付車輪１１側に突き出して形成され、昇降用ロッド１６が固定されている。そこで、溝付車輪１１や空気バネ１２を一体に形成した支持フレーム１３は、支持プレート１３の先端部分がブラケット３５，３６の間で昇降用ロッド１６に貫通され、摺動可能に支持される。
スライダ３０は、支持プレート１４と干渉しないようにスライドプレート３１を凹ませたり、ガイド３３が分割して形成されている。また、支持プレート１４の先端部分には、水平状態を保って上下に安定した摺動を行うように、厚肉ブロックのガイド部３７が形成されている。

ところで、本実施形態の自動運転車両１は、逸脱防止用レール１００に沿った所定ルートの自動走行の他、運転手による運転によって一般道路を走行させることも可能である。しかし、一般道路を走行するためには車両の最低地上高さが１２０ｍｍ必要であるため、図１に示すような状態で走行させることができない。そこで、本実施形態の逸脱防止装置１０は、空気バネ１２を収縮させた状態で溝付車輪１１を引き上げる格納機構が設けられている。

ここで、図７は、逸脱防止装置１０の格納状態を示した正面図であり、図８は、逸脱防止装置１０の格納機構を車体側面側から示した図である。溝付車輪１１を軸支した支持フレーム１３には、左右にブラケット４１が固定され、そのブラケット４１にワイヤ４２が連結されている。空気バネ１２が固定された車体側フレーム６には滑車４３が左右に取り付けられ、その滑車４３を通してワイヤ４２が左右の外側に向けて斜め上方に引っ張られている。左右のワイヤ４２は滑車４３を通して上方に送られ、車体２の左右それぞれにおいて所定箇所に設けられた滑車４４を通し、車体２の前後方向に配置された電動シリンダ４５のロッド４５ａへと連結されている。電動シリンダ４５は、シリンダヘッド側が車体２側に固定されたブラケット４６に軸支され、ロッド４５ａには、車体２の前後方向に設けられたレール４７上を移動する支持車４８に固定されている。

次に、こうした逸脱防止装置１０を備えた自動運転車両１の無人走行について説明する。自動運転車両１は、車速センサ、舵角センサそして位置センサなどによって、車速、操舵角及び道路上の走行コースに沿って設置された磁気マーカの位置などの各検知信号が制御装置へと送られ、メモリに格納されているコース情報に従って走行する走行制御が行われる。通常は、路面１１０に接地した４輪のタイヤ３による操舵角が制御され磁気マーカに従ってコースに沿った進路がとられる。通常走行時、逸脱防止装置１０の溝付車輪１１は、空気バネ１２には大気圧程度でエアが供給され、ほぼ自重によって溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００に押さえ付けられている。そのため、溝付車輪１１はコースに沿って設けられた逸脱防止用レール１００上を単に転動するのみで、それ自体が進路の案内をするわけではない。

逸脱防止装置１０では、溝付車輪１１が走行中の振動によって微妙に左右に振れたり、逸脱防止用レール１００の曲線部分では大きく向きを変化させる。このような場合には、みぞつきと一体に形成された空気バネ１２が捻れるため、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００との間でこじれるようなことはない。
このとき、支持フレーム１３を摺動支持する昇降用ロッド１６は、空気バネ１２の捩りに応じてスライド機構によって左右に振れるため、溝付車輪１１の動きはスムーズに行われる。すなわち、昇降用ロッド１６を保持したスライダ３０は、空気バネ１２の捩りに伴う支持フレーム１３の振れにより、アクスル５の左右方向に配置されたベースプレート２３に対して摺動プレート２７をスムーズに摺動する。

正常な走行時には、溝付車輪１１を逸脱防止用レール１００に対して空気バネ１２による荷重はかけられない。溝付車輪１１は自重によって逸脱防止用レール１００に軽く当たった状態になっているだけなので、自動運転車両１の操舵はタイヤ３によって行われる。しかし、万一制御装置がフェイルして運転制御が不能な状態に陥った場合には、タイヤ３による正しい操舵運転ができずに走行コースから外れてしまう危険がある。そこで、フェイル時には、危険を回避するため逸脱防止装置１０を使用しつつ、車両側にて緊急停止を行い、自動運転車両１が走行コースを逸脱することなく安全に停車できるようにしている。

すなわち、自動運転車両１は、何らかのフェイル状態を検知し、その検知信号が確認されると、エンジンが止められるとともに非常ブレーキがかけられるなどの緊急停止措置がとられる。その場合、逸脱防止装置１０は、非常ブレーキがかけられてから完全に停止するまでの間、自動運転車両１がコースから外れてしまわないように逸脱防止を行う。具体的には、緊急停止信号が入って不図示の弁が切り換えられ、車体２に設けられたエアタンクから前方側の逸脱防止装置１０の空気バネ１２に対して圧縮エアが急速に供給される。すると、逸脱防止装置１０の空気バネ１２は瞬間的にエア圧が高まって、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００へ強く押し当てられる。

すなわち、逸脱防止装置１０は、圧縮エアが供給された空気バネ１２は図９に示すように上下方向に拡張しようとし、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００に押し当てられ車体２の荷重を分担する。そして、溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００に強く押し付けられて荷重を一部負担することにより、フロント側のタイヤ３は負担する荷重が減って路面１１０との抵抗が減少する。そのため、自動運転車両１の走行は、鉄道車両のように逸脱防止用レール１００を転がる溝付車輪１１によってコントロールされ、緊急停止によって停車する場合にこの自動運転車両１が走行コースから外れることを防止することができる。

一方、この自動運転車両１が一般道路など、決められたコース以外を運転手が運転しながら走行する場合は、逸脱防止装置１０が格納状態に切り換えられる。それには、先ず空気バネ１２に接続された不図示の弁が切り換えられ、空気バネ１２内部が大気に解放される。そして、伸長状態にあった電動シリンダ４５のロッド４５ａが図８に示すように縮められ、連結されたワイヤ４２が引っ張られる。そのため、滑車４３，４４を介してワイヤ４２が引っ張られると、空気バネ１２から空気が抜けて縮み、溝付車輪１１が左右から引き上げられるようにして上昇し、逸脱防止用レール１００から離れて浮いた状態になる。これにより、溝付車輪１１の最低地上高さが規定以上になって一般道路を走行することが可能になる。

よって、本実施形態の自動運転車両１では、緊急停止時には溝付車輪１１が逸脱防止用レール１００を転動することによって、コースから逸脱しないように安全な進路を確保することができる。そして、自動運転車両１が走行するコースには、路面１１０から突き出ないように走行コースに沿って逸脱防止用レール１００を敷設すればよいため、一般車や歩行者が利用する道路上での自動運転が可能になる。
また、本実施形態の逸脱防止装置１０は、空気バネ１２に支持プレート１４を介して溝付車輪１１を取り付けるようにしたので、コンパクトなものとすることができ、車体２の床下高さを低く抑えた低床車両とすることが可能になった。
また、電動シリンダ４５などからなる格納機構によって溝付車輪１１を浮かせた格納状態にできるので、一般道道路でも自動運転車両１の走行が可能となった。

以上、本発明に係る逸脱防止装置付自動運転車両の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では前後両方向に走行可能な自動運転車両１を示して説明したが、前後の区別がある車両であれば、フロント側だけに逸脱防止装置１０を設けるようにしてもよい。

逸脱防止装置付自動運転車両を概念的に示した図である。 逸脱防止装置を平面的に示した図である。 逸脱防止装置を走行方向正面側から示した図である。 逸脱防止装置を車体側面側から示した図である。 逸脱防止装置のスライド機構を示した平面図である。 逸脱防止装置のスライド機構を空気バネ側から示した正面図である。 逸脱防止装置の格納状態を示した正面図である。 逸脱防止装置の格納機構を車体側面側から示した図である。 緊急停止状態の逸脱防止装置付自動運転車両を概念的に示した図である。

符号の説明

１ 逸脱防止装置付自動運転車両
２ 車体
３ タイヤ
５ アクスル
１０ 逸脱防止装置
１１ 溝付車輪
１２ 空気バネ
１３ 支持フレーム
１６ 昇降用ロッド
３０ スライダ
１００ 逸脱防止用レール

Claims (4)

1. 通信手段やセンサなどを用いて設定された所定の走行コースを確認しながら自動で走行し、フェイル時には、走行コースに沿って敷設された逸脱防止用レールに溝付車輪を押し付け、その溝付車輪によって走行をコントロールして緊急停車させる逸脱防止装置を備えた自動運転車両であって、
   前記逸脱防止装置は、車体に対して上下方向に拡張及び収縮するように空気バネが固定され、アクスルに対して車体横方向にスライド可能にスライダが取り付けられ、そのスライダには上下方向に昇降用ロッドが固定され、前記空気バネの下側に固定されたフレームが前記昇降用ロッドに対して摺動可能に取り付けられ、そのフレームに対して前記溝付車輪が軸支されたものであることを特徴とする逸脱防止装置付自動運転車両。
2. 請求項１に記載する逸脱防止装置付自動運転車両において、
   前記逸脱防止装置が車体前後両側に設けられ、前後の区別なく走行が可能なものであることを特徴とする逸脱防止装置付自動運転車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載する逸脱防止装置付自動運転車両において、
   前記溝付車輪を軸支したフレームにはワイヤを介して格納手段が連結され、その格納手段の送出しや引戻し動作によって、当該ワイヤを緩めて前記溝付車輪を逸脱防止可能状態とし、また当該ワイヤを引っ張って前記溝付車輪を浮かせた格納状態とするようにしたものであることを特徴とする逸脱防止装置付自動運転車両。
4. 請求項３に記載する逸脱防止装置付自動運転車両において、
   前記格納手段は電動シリンダであることを特徴とする逸脱防止装置付自動運転車両。

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