JP2012038136A - 電動車両および該電動車両の走行制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 超指向性の超音波パラメトリックスピーカを具備する電動車両が交差点やカーブ道路に進入する場合、その超音波パラメトリックスピーカを用いて交差点を他の道路から進入してくる車両あるいはカーブ道路を反対方向から走行してくる車両等を検出して安全運転を可能とする。
【解決手段】 複数の道路が交差する交差点に進入する電動車両１の走行を制御するシステムであって、電動車両１から送信した超音波を上記交差点における別の道路側へと反射するよう設置されたカーブミラー１９を含み、電動車両１は、電動車両１から放射された超音波の周波数とカーブミラー１９で反射されて電動車両１に向けて帰来してくる超音波の周波数との偏移から交差点における別道路を走行する車両を検出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動モータを駆動源として走行する電気自動車、エンジン（内燃機関）およびエンジンの停止状態での走行に寄与する電動モータを駆動源とするハイブリッド車、あるいは、電気スクータ等の電動車両、および該電動車両の交差点やカーブ道路等における走行制御システムに関する。

近年における地球環境の保全策として、バッテリ電力により電動モータを駆動して走行し、有害なガスを排出しない電気自動車、あるいは、エンジンと電動モータとを組み合わせて走行し、有害なガスの排出を低減するハイブリッド車等の電動車両が開発され、実用化されている。

かかる電動車両では、電動モータを駆動源として走行するときの車両走行音は、モータ駆動音であり、エンジン駆動音と比較して極めて小さい。そのため、電動モータ駆動で走行中の電動車両の前方を歩行している歩行者にとって、電動車両が後方から接近してくることに気付くタイミングが、通常遅くなり、また、車両走行音により行う電動車両との離隔距離の推測も誤ってしまうなどして、これらのことが交通事故を発生させる可能性も指摘されるという問題点がある。

このような問題点に鑑みて、エンジン音に擬似した音を走行音として発生させるようにしたり、あるいは電動車両の接近を警告する警告音（以下、こうしたエンジン音擬似走行音や車両接近警告音等を車両接近報知音という）を発生させたりすることで、歩行者等に、電動車両の接近を報知するようにした技術が、これまで、種々、提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、こうした車両接近報知音が電動車両の進行方向を走行する歩行者の存在領域のみならず、その領域外にも広がる場合、電動車両の進行方向の歩行者存在領域外の歩行者には不快な騒音として聞こえてしまうおそれがある。

そこで、本発明者はこうした車両接近報知音を電動車両の進行方向を走行する歩行者の存在領域にのみ放射させることができる超指向性の超音波パラメトリックスピーカをすでに特願２００９−１９６６１２で提案している。

特開平１１−２７８１０号公報

しかしながら、この提案にかかる超音波パラメトリックスピーカを備えた電動車両においては、超音波パラメトリックスピーカからの超音波が超指向性のために、例えば交差点に進入する際に別の道路から進入する車両や歩行者に、またカーブ道路の対向車線を走行する車両等に、車両接近報知音を届かせることが困難な場合があり、このような場合、より安全な運転ができるようにする要望がある。また、電動車両のドライバもこれら車両や歩行者等の存在を事前に知ることができればより安全な運転を行うことができる。

そこで、本発明は、電動車両で交差点に進入したり、カーブ道路を走行したりする際に、超音波パラメトリックスピーカから超指向性の超音波を前方に放射した場合に、その超音波を前方の歩行者、車両等に届かせることができると共に電動車両のドライバでは、そこからの反射超音波から歩行者、車両等を検出できるようにすることを解決すべき課題としている。

本発明による電動車両は、電動モータを駆動源としてもしくは駆動源の１つとして走行する電動車両であって、車両接近報知音により振幅変調された超音波を当該車両の進行方向に向けて送信し、この送信超音波が反射して帰来してくるときにこれを反射超音波として受信する超音波パラメトリックスピーカと、上記超音波パラメトリックスピーカにおける超音波の送受信を制御する制御部と、を含み、上記制御部は、上記送信超音波の周波数に対し上記反射超音波の周波数がドプラ効果により偏移する値を演算する演算手段と、上記演算手段の演算結果から電動車両前方における車両等の状況を検出する検出手段と、を具備したことを特徴とする。

好ましくは、上記検出手段の検出出力から電動車両前方に上記車両等が存在するか否かを表示する表示手段を含む。

好ましくは、上記超音波パラメトリックスピーカは、上記超音波パラメトリックスピーカは、超音波を送波することができる超音波送波部と超音波を受波することができる超音波受波部とを具備し、上記制御部は、上記超音波送波部における超音波送波方向の制御と超音波受波部における超音波受波方向の制御とが可能である。

本発明では、例えば複数の道路が交差する交差点において電動車両が１つの道路から交差点に進入するに際して、同時に交差点における別の道路からも車両が進入してくるような場合、超音波パラメトリックスピーカから放射した超音波が超指向性であっても当該別の道路から交差点に進入しようとする車両に超音波を届かせることができ、これにより当該車両のドライバに対してはその超音波から復調された可聴音を聞くことで電動車両が交差点に進入することを事前に知ることできる一方で、超音波が車両で反射して電動車両に帰来してきた場合、検出手段の検出出力から電動車両側ではその車両等を検出することができるようになり、電動車両のドライバは別の車両等が当該別の道路から交差点に進入してくることを予見することができ、安全運転が可能となる。上記は交差点に上記別の道路に居る歩行者にも上記可聴音を聞くことができ、歩行者は、安全に交差点を横断したりすることができるようになる。

特に、ドプラ効果ではなく、単に特定周波数の超音波を送波するだけであれば、その超音波の反射波には例えば交差点曲がり角の家の壁などからの反射もあり、車両との区別が難しくなり、また、車両が停止していれば、静止物体と同様となる。しかしながら、車両が進行していれば、ドプラ効果で区別することができるようになる。特に車両の走行速度が速くなれば、それだけドプラ効果が強くなり、交差点で見えない曲がり角を高速で走行して進入してくる車両は特に危険であるが、そのような車両をより早期の段階で区別し検出することができるようになって安全である。

本発明によるシステムは、交差点に向け走行するかあるいはカーブ道路を走行する電動車両の走行を制御するシステムであって、上記電動車両と、上記電動車両から放射された超音波を反射する超音波反射体とを含み、上記超音波反射体は、電動車両から送信した超音波を交差点に向け別の道路を走行する車両に向けてあるいはカーブ道路を電動車両とは反対方向に走行する車両に向けて反射するよう上記交差点あるいはカーブ道路に設置されており、上記電動車両は、当該電動車両から放射された超音波の周波数に対して、該超音波が電動車両で反射され次いで超音波反射体で反射されて上記電動車両に向けて帰来してきたときの当該超音波の周波数の偏移から上記交差点における上記別道路あるいはカーブ道路を反対方向に走行する車両を検出することを特徴とする。

好ましくは、上記超音波反射体をカーブミラーで兼用する。

本発明によれば、超指向性の超音波パラメトリックスピーカを用いても、複数の道路が交差する交差点において電動車両が１つの道路から交差点に進入する場合、交差点や道路のカーブで別道路から進入してくる車両を検出することができるようになり、安全運転が可能となる。

図１は本発明の実施形態に係る電動車両の超音波の放射を示す平面図である。 図２は図１の電動車両に搭載された超音波パラメトリックスピーカの要部の回路ブロック図である。 図３は超音波パラメトリックススピーカの駆動制御のための回路ブロック図である。 図４は図３の制御部のより詳しい回路構成を示すための図である。 図５（ａ）は図１の電動車両の超音波の放射を示す平面図、図５（ｂ）は同側面図である。 図６（ａ）は図１の電動車両の交差点における超音波放射を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）の電動車両の側面から見た超音波放射を示す図である。 図７（ａ）は図１の電動車両の交差点における超音波放射を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）の電動車両の側面から見た超音波放射を示す図である。 図８は交差点で一道路を走行する図１の電動車両と、該交差点で他道路から進入する他車両とを示すと共に電動車両からの超音波の放射と他車両での超音波反射とを示す図である。 図９は交差点で一道路を走行する図１の電動車両と、該交差点で他道路上の歩行者とを示すと共に電動車両からの超音波の放射と歩行者での超音波反射とを示す図である。 図１０はカーブ道路での図１の電動車両と反対車線を走行する他車両とを示すと共に電動車両からの超音波の放射と他車両での超音波反射とを示す図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る電動車両の超音波放射に関してその平面構成を示し、図２に、電動車両に搭載された超音波パラメトリックスピーカの回路ブロックを示す。これらの図を参照して、電動車両１は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池自動車等の、電動モータを推進力として利用する車両であり、図示しない電動モータ、電動モータの動力を走行系へ伝える伝動機構、走行用の車輪、操縦用のハンドル、アクセル、ブレーキ、始動用のキー、自動車の状態を表示する表示パネルなどの周知の構成を有している。

この実施形態の電動車両１では、その前部に超音波パラメトリックスピーカ２を搭載している。この超音波パラメトリックスピーカ２は、当該電動車両１の接近を、事前に歩行者等に当該電動車両１の接近を報知するための車両接近報知音を、電動車両１の進行方向の特定の空間領域のみに対して放射することができる超指向性のスピーカである。

超音波パラメトリックスピーカ２は、図２で示すように、走行音等の車両接近報知音に対応した電気信号を生成する音源３と、超音波に対応して電気信号を生成する超音波生成部４と、音源３からの車両接近報知音対応の電気信号により超音波生成部４が生成した超音波対応電気信号を振幅変調（ＡＭ変調）する変調部５と、変調部５の出力を電力増幅する増幅部６と、車両前部に設置され、増幅部６からの電気信号を超音波に変換して放射する超音波送波部７と、超音波送波部７と共に車両前部に一体設置され、放射した超音波が反射されて帰来する場合にその帰来超音波を受信する超音波受波部８と、を備えている。超音波送波部７は複数の超音波振動子から、また、超音波受波部８は１ないし複数の超音波振動子から構成される。

上記変調部５からの変調信号は、車両接近報知音対応電気信号により超音波対応電気信号を変調したものであるから、この変調信号に対応して超音波送波部７から放射される超音波は、車両接近報知音により変調された音波である。

この超音波は歩行者には聞こえない非可聴領域の周波数である。

この超音波は歩行者が可聴できる車両接近報知音に自己復調される結果、当該歩行者はその車両接近報知音により電動車両１の接近を知ることができる。

超音波送波部７は、歩行者には聞こえない非可聴領域の周波数の超音波を放射することができ、また、超音波受波部８はその超音波を受波することができるようになっている。

音源３で電気信号として生成する車両接近報知音としては、一般のエンジン駆動車両の走行音、警告音、ホワイトノイズなどの所定の雑音、あるいは、注意を喚起するメッセージなどであってもよく、複数の種類の車両接近報知音を生成するものであってもよい。

ここで、超音波パラメトリックスピーカ２は、強力な超音波が空気中を伝搬する過程で発生するひずみ成分を使用することによって、可聴帯域の音を得る原理を採用している。すなわち、超音波パラメトリックスピーカ２は、変調した超音波をキャリアとして空間に放出し、大気の非線形特性によって自己復調させるというものである。

図３を参照して実施形態での電動車両１は、超音波パラメトリックスピーカ２に加えて、キーセンサ、シフトセンサ、ハンドルセンサ等の各種センサ１０と、超音波パラメトリックスピーカ２やその他を制御する制御部１１と、制御部１１により表示が制御される表示部１２と、を備える。

超音波パラメトリックスピーカ２は、制御部１１によってその駆動が制御される。

制御部１１は、各種センサ１０の検出出力Ｓ１に応じて、超音波パラメトリックスピーカ２に制御出力Ｓ２を出力して該超音波パラメトリックスピーカ２を駆動し、電動車両１の進行方向の限られた領域に向かって超音波ＵＳ１を放射させる。この超音波ＵＳ１は車両接近報知音で変調されているので大気中で自己復調され、これにより歩行者はその車両接近報知音を聞くことができる。

各種センサ１０として、例えば、キーセンサによってイグニッションスイッチがオンされたことを検知するとともに、シフトセンサによってシフトレバーが走行ポジションに操作されたことを検知すると、超音波パラメトリックスピーカ２を駆動し、電動車両１の進行方向の限られた領域に向かって超音波ＵＳ１を放射する。

また、制御部１１は、ハンドルセンサの検出出力Ｓ１に基づいて、運転者のハンドル操作の操作角度に応じて、超音波送受部７の超音波放射方向を、電動車両１の進行方向に一致させるように制御することができる。

この制御は、例えば、超音波送波部７が支持されている支持体（図示せず）を、ドライバの手動操作に応じて水平方向動、垂直方向動させることによって、超音波送波部７自体の向きを変えて放射方向を変更することができるようになっている。超音波受波部８は超音波送波部７と同一の支持体に一体支持されて超音波送波部７から放射された超音波の反射波を受波することができるようになっている。

超音波送波部７からの超音波の放射方向を図５を参照して後述する。

超音波パラメトリックスピーカ２はその超音波受波部７で超音波ＵＳ２を受波すると、この受波した超音波ＵＳ２に対応した信号Ｓ３を制御部１１に出力する。制御部１１は、この信号Ｓ３に応じて表示部１２に対して各種の表示を行わせる制御を行うことができるようになっている。制御部１１のより詳しい構成を図４を参照して説明する。

制御部１１は、駆動処理部１１ａと、演算処理部１１ｂと、検出処理部１１ｃと、表示処理部１１ｄと、を備える。

駆動処理部１１ａは、各種センサ１０からの検出出力Ｓ１に応答して制御出力Ｓ２を出力することにより、超音波パラメトリックスピーカ２を制御して超音波送波部７から超音波を放射させる一方、超音波受波部８で該超音波送受部７から放射されて反射されてくる超音波を受波できるように制御する。

演算処理部１１ｂは、超音波パラメトリックスピーカ２の超音波送波部７から放射される超音波ＵＳ１の周波数を記憶していると共に、超音波パラメトリックスピーカ２から超音波ＵＳ２の受波に対応する信号Ｓ３を入力すると、上記超音波ＵＳ１の周波数に対して超音波受波部８で受波した超音波ＵＳ２の周波数のドプラ効果による偏移（周波数偏移）を演算する処理を行う。

検出処理部１１ｃは、演算処理部１１ｂの演算結果から電動車両１前方における歩行者や車両等の検出体の状況を検出する処理を行う。

表示処理部１１ｄは、検出処理部１１ｃの検出処理から電動車両１前方に上記検出体が存在するか否かを表示部１２に表示させる処理を行う。

図５（ａ）は平面から見た超音波パラメトリックスピーカ２からの超音波の指向性を示し、図５（ｂ）は側面から見た超音波パラメトリックスピーカ２からの超音波の指向性を示す。

この場合の超音波の放射方向としては、図５（ａ）で示すように水平面内における中央側の方向ＵＳ３および同水平面内における左右の方向ＵＳ４，ＵＳ５と、図５（ｂ）で示すように放射高さが低い方向ＵＳ６および放射高さが低い方向ＵＳ７とがある。

あるいは、超音波送波部７を構成する複数の超音波振動子を移動させてその放射方向を変更するようにしてもよいし、あるいは、複数の超音波振動子を順番に高速でスキャンして超音波の放射方向を変えたりしてもよい。

次に、図６以降を参照して本実施形態の動作を説明する。

図６（ａ）は図１の電動車両の交差点における超音波ＵＳ８の放射を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）の電動車両の側面から見た超音波ＵＳ８の放射を示す。

交差点１４は電動車両１を基準にして、当該電動車両１の進行方向から左右の２つの道路１５，１６と、電動車両１が現在進行中の道路１７と、交差点１４を右左折しないで直進する場合の進行方向前方の道路１８とが十字形状に交差する十字路を形成している。

交差点１４において道路１５，１８の角部にカーブミラー１９が設置されている。このカーブミラー１９は、道路１６を走行する車両や歩行する歩行者等が電動車両１側から見えるようにするためのミラーである。

なお、実施形態の交差点は道路が十字形状に交差した交差点であるが、交差点はこれに限定されず、Ｔ字形状やその他の形状の交差点も含む。

そして、実施形態ではこのカーブミラー１９を超音波反射体として利用している。

もちろん、カーブミラー１９に代えて別の超音波反射体を設置してもよい。

実施形態では、カーブミラー１９が電動車両１から送信された超音波ＵＳ８を道路１６上の歩行者や車両に向けて反射させると共に、反射した超音波を再び電動車両１方向に反射させることができるようにしている。

図６（ａ）では前方道路１８上に歩行者２０が居て、右折側道路１６には車両が存在しない。この場合、道路１８上の歩行者２０に向けて超音波ＵＳ８を放射できるように超音波ＵＳ８の放射高さを図６（ｂ）で示すように低く制御している。なお、実施形態ではカーブミラー１９は、説明の都合で１箇所のみで説明するが、カーブミラー１９の個数や設置箇所に限定されない。

図７（ａ）では道路１７上の電動車両１から電動車両の車高より高い位置のカーブミラー１９に向けて超音波ＵＳ９を放射する様子を示し、図７（ｂ）ではその超音波ＵＳ９の放射方向を示す。超音波ＵＳ９は、電動車両１より高い位置のカーブミラー１９により道路１６側へ反射される。

図８で示すように道路１６上に車両２１が交差点１４に向けて進行している場合、電動車両１から放射された超音波ＵＳ９は、その車両２１へ向けてカーブミラー１９で反射される。そして超音波ＵＳ９はこの車両２１で各種方向に散乱反射されるが、そのうちの反射超音波ＵＳ１０がカーブミラー１９方向へ反射される。そして、この反射超音波ＵＳ１０はカーブミラー１９で再度反射されて道路１７上の電動車両１へ帰来してくる。電動車両１に帰来してくる超音波ＵＳ１０は超音波パラメトリックスピーカ２で受信される。これら超音波ＵＳ９、ＵＳ１０において、超音波ＵＳ９の周波数はｆ０、超音波ＵＳ１０の周波数はｆ１とした場合、車両２１は交差点１４に向けて進行しているために、周波数ｆ１はドプラ効果により周波数ｆ０より高く偏移している。電動車両１側では制御部１１で周波数偏移を検出し、道路１６上を車両２１が交差点１４方向に向けて走行していることを検出し、それを表示部１２に表示する。勿論、表示部１２で表示しなくても音声で報知することでもよい。また、実施形態では上記のように超音波反射体としてのカーブミラー１９は１つで示したが、カーブミラー１９ではない通常の超音波反射体を１ないし複数設置してもよい。超音波反射体は、電動車両１から放射された超音波が車両２１に反射させることができるように、また、車両２１で反射した超音波を電動車両１方向に反射させることができるように設置すればよい。

電動車両１における制御部１１はマイクロコンピュータにより構成し、上記ドプラ効果による周波数偏移を演算する。なお、車両２１が停止していても電動車両１が交差点に向けて進行している場合はドプラ効果により上記周波数偏移が発生するので、このことから車両２１が交差点に向けて進行していることを検出することができる。

上記の場合、車両２１の走行速度が速ければ速い程、ドプラ効果による周波数偏移が大きくなるので、制御部１１はより明確に車両２１の走行を検出することができるようになる。例えば車両２１が停止していればドプラ効果は無いので車両２１を検出することができなくなる。この場合、超音波の周波数を特定周波数としても道路１６からカーブミラー１９で反射される超音波には車両２１からの反射波だけでなく住宅の壁からの反射波も存在すれば、道路１６側から反射されて帰来してくる超音波の周波数の弁別だけでは車両２１の存在を検出することができない。

そこで、実施形態では、超音波ＵＳ１０の周波数ｆ０と、反射超音波の周波数ｆ１と、両周波数ｆ０，ｆ１のドプラ効果による周波数偏移とから車両２１の走行を検出することができるようにしている。この周波数偏移が車両２１の走行速度状況からどの程度になるかを実験等で確認しておき、それを制御部１１にセットすれば、より確実に車両２１の走行を検出することができるようになる。

なお、図９で示すように、道路１６上に車両が無く歩行者２２が歩行している場合、歩行者２２には超音波ＵＳ１１により道路１７から電動車両１が交差点１４に進入することを知らせると共に、帰来超音波ＵＳ１２で電動車両１側に歩行者２２が存在していることを判らせることができるようにしてもよい。

なお、図１０で示すようにカーブ道路２３にカーブミラー２４を設置し、電動車両１の超音波パラメトリックスピーカ２から放射した超音波ＵＳ１３をカーブミラー２４で反対車線を走行している車両２５に向けて反射させ、その反射超音波ＵＳ１４を電動車両１に帰来させることができるようにしてもよい。

以上説明したように本実施形態では、電動車両に装備した超音波パラメトリックスピーカから放射した超音波を交差点に進入しようとする車両、歩行者等に届かせることができ、これにより当該車両や歩行者等はその超音波から復調された可聴音を聞くことで電動車両が交差点に進入することを事前に知ることできる一方で、超音波が車両等で反射して電動車両に帰来してきた場合、その帰来超音波に基づいて電動車両側ではその車両等を検出することができるようになり、電動車両のドライバは交差点に進入したり、あるいは、カーブ道路を走行したりする場合に、電動車両のより安全な運転が可能となる。

１ 電動車両
２ 超音波パラメトリックスピーカ
３ 音源
４ 超音波生成部
５ 変調部
６ 増幅部
７ 超音波送波部
８ 超音波受波部
１０ 各種センサ部
１１ 制御部
１２ 表示部
１４ 交差点
１５−１８ 道路
１９ カーブミラー
２０ 歩行者
２１ 車両
ＵＳ１−ＵＳ１４ 超音波

Claims (4)

1. 電動モータを駆動源としてもしくは駆動源の１つとして走行する電動車両であって、
   車両接近報知音により振幅変調された超音波を当該車両の進行方向に向けて送信し、この送信超音波が反射して帰来してくるときにこれを反射超音波として受信する超音波パラメトリックスピーカと、
   上記超音波パラメトリックスピーカにおける超音波の送受信を制御する制御部と、
   を含み、
   上記制御部は、
   上記送信超音波の周波数に対し上記反射超音波の周波数がドプラ効果により偏移する値を演算する演算手段と、
   上記演算手段の演算結果から電動車両前方における車両等の状況を検出する検出手段と、
   を具備したことを特徴とする電動車両。
2. 上記超音波パラメトリックスピーカは、超音波を送波することができる超音波送波部と超音波を受波することができる超音波受波部とを具備し、
   上記制御部は、上記超音波送波部における超音波送波方向の制御と超音波受波部における超音波受波方向の制御とが可能である、
   請求項１に記載の電動車両。
3. 交差点に向け走行するかあるいはカーブ道路を走行する電動車両の走行を制御するシステムであって、
   上記請求項１または２に記載の電動車両と、
   上記電動車両から放射された超音波を反射する超音波反射体と、
   を含み、
   上記超音波反射体は、電動車両から送信した超音波を交差点に向け別の道路を走行する車両に向けてあるいはカーブ道路を電動車両とは反対方向に走行する車両に向けて反射するよう上記交差点あるいはカーブ道路に設置されており、
   上記電動車両は、当該電動車両から放射された超音波の周波数に対して、該超音波が電動車両で反射され次いで超音波反射体で反射されて上記電動車両に向けて帰来してきたときの当該超音波の周波数のドプラ効果による偏移から上記交差点における上記別道路あるいはカーブ道路を反対方向に走行する車両を検出する、
   ことを特徴とする車両走行制御システム。
4. 上記超音波反射体をカーブミラーで兼用する請求項３に記載のシステム。

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