JP2014226194A - 障害物認識装置およびそれを備えた電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができる。【解決手段】複数の障害物を検知する障害物検知部と、障害物の位置および種類に基づいて、障害物の障害度をそれぞれ決定する障害度決定部と、障害度に応じて優先対象とする障害物を決定する優先障害物決定部と、を備える障害物認識装置において、障害度決定部は、段差と坂の少なくとも一方を障害物として検知し、段差に対しては該段差の高さに応じて障害度を決定し、坂に対しては該坂の傾斜角度に応じて障害度を決定するものであることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、電動車椅子等の車両に搭載して用いられる障害物認識装置および、障害物認識装置を備えた電動車両に関する。

近年、電動車椅子やシニアカーなどと呼ばれる、三輪または四輪の一人乗り電動車両が普及してきている。これらの電動車両は歩行者として取り扱われるため、屋外の歩道以外にも、病院や店舗内の通路等、自動車が走行しない場所での使用を想定する必要がある。また、このような電動車両は、自動車に比べて車体が小さいことや高齢者が利用することが多いことから、安全のために、カメラやセンサによって段差や急坂等の障害物を事前に検知して、運転者に報知したり、運転の制御を変更したりすることが行われている。

例えば、図１０に示したように、特許文献１に記載の走行支援装置は、自車両の前側の中央にレーザレーダが取り付けられ、反射光を受光することで、自車両の進行方向の物体を検知する。自車両の進行方向における障害物検知ゾーンＺには、中央に衝突監視エリアＣ１〜Ｃ３が設けられ、その左右にそれぞれ周辺監視エリアＬ１〜Ｌ３、Ｒ１〜Ｒ３が設けられる。衝突監視エリアＣ１〜Ｃ３に障害物が存在する場合、その障害物に自車両が衝突する可能性があるため、十分な安全性を確保する必要がある。周辺監視エリアＬ１〜Ｌ３、Ｒ１〜Ｒ３に障害物が存在する場合、自車両がその障害物の脇をすり抜けて走行することとなるため、注意して走行する必要がある。

そこで、障害物検知ゾーンＺの各エリアには最高速度がそれぞれ設定され、最高速度マップが設けられる。障害物検知ゾーンＺのうち最も自車両よりのエリアＣ１、Ｌ１、Ｒ１、次のエリアＣ２、Ｌ２、Ｒ２、最も自車両から離れたエリアＣ３、Ｌ３、Ｒ３の各最高速度は、自車両に近いほど低い最高速度が設定される。さらに、衝突監視エリアと周辺監視エリアとでは、衝突監視エリアの方が低い最高速度が設定される。なお、障害物が人などの移動物体の場合、より安全性を確保するために、障害物が静止物体の場合より低い最高速度が設定される。

ここで、エリア内に障害物が存在すると判定された場合、走行支援装置の最高速度設定部は、最高速度マップを参照し、その判定したエリアに応じた最高速度Ｖｍａｘを設定する。また、障害物が複数存在する場合、各障害物に対してそれぞれ最高速度Ｖｍａｘが設定され、そのうち最も低い最高速度Ｖｍａｘを最終的な最高速度Ｖｍａｘとして設定する。そして、現在の速度が設定した最高速度を超えるような場合には、減速制御、警報出力、音声出力、アクセルレバーへの反力を大きくするといった支援を行う。

このようにすることで、周辺物体との位置関係に応じて、車両に適切な上限速度を設定し、それに基づいた支援を行うことができる。

特開２０１０−２０８５８３号公報

しかしながら、上述した走行支援装置は、電動車椅子のような小型の電動車両の走行に大きな影響を与える、段差や坂といった障害物を複数検知し、各障害物の影響を比較することについては記載されていない。したがって、段差や坂などの障害物が複数存在する場合に、いずれの障害物を優先させれば良いかを決定できなかった。

そこで本発明は、段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができる障害物認識装置を実現することを目的とする。

本発明の障害物認識装置は、複数の障害物を検知する障害物検知部と、障害物の位置および種類に基づいて、障害物の障害度をそれぞれ決定する障害度決定部と、障害度に応じて優先対象とする障害物を決定する優先障害物決定部と、を備える障害物認識装置において、障害度決定部は、段差と坂の少なくとも一方を障害物として検知し、段差に対しては該段差の高さに応じて障害度を決定し、坂に対しては該坂の傾斜角度に応じて障害度を決定するものであることを特徴とする。

本発明によれば、段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができる。

本発明の電動車両の前方斜視図である。 本発明の電動車両の後方斜視図である。 本発明の障害物認識装置を示した図である。 本発明の障害物認識装置および障害物報知部の機能構成を示したブロック図である。 本発明において用いる判定領域を示した図である。 本発明において用いる障害度の一例を示した表である。 本発明の障害物報知部を示した図である。 本発明の電動車両と障害物とのなす角度によって障害度を変更することを説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る障害物認識装置、障害物報知部、車両制御部の機能構成を示したブロック図である。 特許文献１に記載の走行支援装置を示した図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動車両１の前方斜視図である。電動車両１は、障害物認識装置２と障害物報知部３を備える。障害物認識装置２は装置固定部４によって、電動車両１の進行方向の前方部に取り付けられ、進行方向の障害物を検知する。

図２は、電動車両１の後方斜視図である。障害物報知部３は運転者が視認しやすいハンドル部などに取り付けられ、音や発光表示によって、障害物の検出結果を運転者に報知する。その他、電動車両１は、電源部、モータ部、車輪部、座席部など、電動車両に必要な構成を適宜備えている。なお、本明細書で説明する障害物とは、段差、柱、落下物といったものに限らず、溝、坂道、路面の凹凸なども含むものとする。また、自動車、自転車、歩行者といったものを障害物として検知してもよい。

図３は、障害物認識装置２の斜視図である。障害物認識装置２は、装置固定部４の上方に２台のカメラ２１ａ、２１ｂからなるステレオカメラを有している。カメラ２１ａ、２１ｂは、路面の段差や坂を検出できるように、路面側に向けて設けられている。

図４は、障害物認識装置２と障害物報知部３の機能構成を示したブロック図である。障害物認識装置２は、障害物検知部２２、障害度決定部２３、優先障害物決定部２４を有しており、これらは図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置によって実現される。

障害物検知部２２は、カメラ２１ａ、２１ｂから受け取った映像信号から、障害物の検知や障害物との距離の算出を行う処理部である。なお、ステレオカメラの視差から障害物を検知する方法は既知の方法を用いることができる。また、障害物検知のために用いるセンサとしては、ステレオカメラに限らず、例えば超音波の反射を利用したセンサを用いるようにしてもよい。

障害度決定部２３は、障害物検知部２２が検知した障害物について、その障害物が引き起こす可能性のある障害の程度を示す障害度を決定する。この障害度は、障害物の種類や、検知された障害物と電動車両１との位置関係に加え、障害物の高さや傾斜角度などの特徴により決定される。また、複数の障害物が検知された場合は、それぞれの障害物について障害度が決定される。

図５は、障害度を決定するために用いられる判定領域を示した上面図である。判定領域は主に電動車両１の進行方向に設けられ、電動車両１との距離や、電動車両１の進行方向との関係によって定められる。例えば、図５（ａ）に示したように、電動車両１に近い判定領域を「判定領域Ａ」とし、電動車両１から遠い領域や、電動車両１の進行方向からずれた判定領域を「判定領域Ｂ」とする。障害物を検知する領域の大きさは、電動車両１が走行可能な最高速度などによって決定することができる。本実施形態においては、最大の領域Ｂの大きさは、例えば進行方向に５ｍ、進行方向と直角方向に４ｍであるものとする。

なお、ここでの判定領域は２段階としたが、図５（ｂ）に示したように、判定領域を４段階（判定領域Ａ、判定領域Ｂ、判定領域Ｃ、判定領域Ｄ）と細かく分けるようにしてもよい。また、判定領域の大きさや形を状況に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、電動車両１が速い速度で走行している場合は判定領域Ａの範囲を大きくしてもよいし、電動車両１が、ある方向に曲がろうとしている場合は、その方向に合わせて曲がった判定領域を定めるようにしてもよい。

図６は、障害度を決定するための表である。障害度は、障害物が検知された領域、障害物の高さ、障害物の種類などによって、例えば１〜１０の１０段階で表される。

例えば、上方向への段差が検知された場合、図６（ａ）に示したように、段差が判定領域Ａと判定領域Ｂのどちらに存在するかによって、障害度が変化する。一般に、電動車両１との距離が近い判定領域Ａにある障害物の方が、運転の際に注意を要するべきものと考えられるため、段差が判定領域Ａにある場合の障害度は、判定領域Ｂにある場合と比べて高く設定される。

また、障害度は段差の高さによっても変化する。すなわち、段差が高いほど注意を要する障害物と考えられるため、障害度も高く設定されている。ただし、上方向への段差が例えば５０ｃｍを超えるような場合は乗り上げる心配がなくなるため、障害度を逆に低く設定するようにしてもよい。

このようにして設定される上方向の段差の障害度の一例としては、障害物が判定領域Ａにある場合は、段差が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍであるときはそれぞれ４、７、８となり、障害物が判定領域Ｂにある場合は、段差が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍであるときはそれぞれ１、３、４となる。

さらには、障害度は障害物の種類によっても変化する。図６（ｂ）に示したように、下方向への段差が検知された場合、下方向への段差は、上方向への段差に比べてより注意を要する障害物と考えられるため、障害度も高く設定される。本実施形態においては、下方向段差、判定領域Ａ、下方向段差の高さ（すなわち深さ）が１５ｃｍである場合に障害度が１０と最も高くなる。

なお、障害物の種類としては上方向や下方向への段差に限るものではなく、図６（ｃ）に示したように、坂を障害物として検知するようにしてもよい。この場合においては、例えば下り坂の傾斜角度が大きいほど、障害度が高くなるように設定すればよい。本実施形態においては、判定領域Ａにおける下り坂の傾斜角度が大きくなると障害度が顕著に増加するように設定されている。これは、電動車両１に近い領域における急な下り坂を優先的に報知するようにするためである。また、下り坂以外にも上り坂を障害物として検知するようにしてもよい。さらには、進行方向に対する坂の傾斜を検知することに限らず、進行方向と垂直な方向に対する傾斜、すなわち左右方向に傾斜している坂を障害物として検知するようにしてもよい。このような左右方向の傾斜を検知することで、左右方向に倒れてしまうことに対して運転者に注意を促すことができる。

また、路面の溝、階段、柱といったものを障害物として検知し、それぞれの幅、大きさ、高さ、傾斜角度等に応じて障害度を決定するようにしてもよい。また、段差や坂が複数の判定領域にまたがっているような場合は、障害度が最も高くなる判定領域に障害物があるものとして、障害度を決定すればよい。

優先障害物決定部２４は、障害度決定部２３が決定した各障害物の障害度に基づいて、優先して報知等を行う障害物を決定する。通常は、障害度が最も高い障害物を、優先対象の障害物として決定するものとするが、障害度が同じ障害物が複数存在する場合や、障害度が一定の値よりも大きい障害物が複数存在する場合は、複数の障害物を優先対象の障害物として決定してもよい。優先して報知等を行う障害物を一つにするか複数にするかは、実施の態様に応じて適宜変更することができるが、障害物を表示部に表示することで報知を行うような場合においては、複数の障害物を報知するほうが、運転者により明確に状況を知らせることができる。一方で、障害物を音声によって報知する場合は、優先して報知する障害物は一つとすればよい。

また、時間経過によって障害度が急速に増加している障害物については、今後さらに障害度が増加すると予想されるため、現段階で障害度が最大でない場合であっても、優先する障害物として決定するようにしてもよい。この方法は、障害物が動的に変化するような場合において、特に効果的である。なお、段差や坂の障害度が急速に増加する場合とは、段差や坂が機械的な人工物であり、動的に変化するような場合も含む。

このようにすることで、段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができる。

図７は、障害物報知部３の一例を示したものである。障害物報知部３は、スピーカ部３１と、ＬＥＤ表示部３２と、障害物を検知する機能の動作をオン・オフするためのスイッチ部３３から構成されている。障害物報知部３は、優先障害物決定部２４で決定された、優先して報知すべき障害物について、スピーカ部３１や、ＬＥＤ表示部３２によって、運転者に障害物の報知を行うものである。

スピーカ部３１は、音または音声によって、報知対象の障害物を報知するものである。図７においては、障害物報知部３は一つのスピーカ部３１を有するものとして描いているが、左右に二つのスピーカ部３１を有し、障害物の位置に応じてステレオで音を発生させるようにしてもよい。

ＬＥＤ表示部３２には、進行方向に２列、進行方向とは垂直な方向に３列のＬＥＤが計６個並べられており、障害物が存在する位置のＬＥＤが点灯することによって、運転者に障害物の報知を行う。報知対象の障害物が複数ある場合は、各領域のＬＥＤを点灯させて報知する。なお、ＬＥＤ表示部３２の形態はこれに限るものではなく、より多くのＬＥＤを有するものであってもよいし、液晶表示装置などの表示機器に置き換えてもよい。

また、スピーカ部３１やＬＥＤ表示部３２による報知方法を、障害度に応じて変化させるようにしてもよい。例えば、障害度が大きい場合には、スピーカ部３１からの音量を大きくするようにしてもよいし、ＬＥＤ表示部３２の明るさや色を変えるようにしてもよい。このようにすることで、運転者に対して、注意すべき障害物を、より強く認知させることができる。

また、運転者に報知する方法は上述のスピーカ部３１やＬＥＤ表示部３２によるもの以外にも、例えば夜間において、優先して報知すべき障害物に対してヘッドライトを向けるといったようなものであってもよい。

また、本実施形態においては、優先障害物決定部２４によって決定された障害物について、障害物報知部３が運転者への報知を行うようにしたが、電動車両１は障害物報知部３を備えていなくてもよく、障害物に応じて電動車両の運転が自動的に制御されるようなものであってもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る障害物認識装置２は、段差などの障害物と、車両の進行方向の角度に応じて、障害度を変更するものである。なお、以降の説明においては、同一の部材には同一の符号を付し、前述の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

図８は、電動車両１の進行方向に上方向の段差Ｕが存在する場合の説明図である。電動車両１の進行方向と段差Ｕとのなす鋭角αは、図８（ａ）のように、直交に近い大きな角度で交差する場合と、図８（ｂ）のように、平行に近い小さな角度で交差する場合が考えられる。鋭角αが大きい場合は、車輪は段差を乗り越えやすいが、鋭角αが小さい場合は、段差を乗り越えにくくなり、転倒の可能性が高まる。

したがって、図８（ｂ）のように、上方向の段差などの障害物と進行方向がなす鋭角αが小さい場合には、障害度が大きくなるようにする。

なお、障害物と電動車両１の進行方向のなす角度によって障害度を変化させることについては、上方向の段差に限らず、下方向の段差や坂道によっても同様に行うことができる。例えば、電動車両１の進行方向上に延びる、鋭角αがほぼ０°である下り坂に比べて、進行方向を横切るように伸びる、鋭角αがほぼ９０°の坂のほうが障害度を高く設定するようにしてもよい。

このようにすることで、電動車両１の進行方向に対して傾いている段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができる。

また、電動車両１の進行方向と障害物とが交差しないような場合においても、障害物として検出するようにしてもよい。例えば、下方向への段差が電動車両１の進行方向と平行に延びているような場合において、電動車両１と段差の距離が所定の値以下である場合は、電動車両１の片側の車輪が転落する恐れがあるため、下方向への段差の障害度を高く設定するようにしてもよい。

ここまで、検知した障害物との角度によって障害度を変更することについて説明したが、これに限るものではなく、例えば路面の凹凸や滑りやすさといった状態や、屋外・屋内の違いによって、障害度を変化させるようにしてもよい。

さらには、カメラ２１ａ、２１ｂからの撮像画像を解析し、何が写っているかを解釈することによって、画像内の障害物の種類を検知するようにしてもよい。例えば、人の正面の足が写っていると判定された場合は、人物が接近している状況と考えられるため、障害度を高く設定する。また、周囲の状況から、電動車両が踏切にいると判定された場合や、特定の道路標識が存在すると判定された場合は、全体的に障害度を高く設定する。

以上のように、第１、２の実施形態においては、障害物認識装置２を備える電動車両について説明したが、障害物認識装置２を備える車両は必ずしも電動である必要はなく、手動の車椅子や自転車といった車両であってもよい。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る障害物認識装置２、障害物報知部３、車両制御部２５の機能構成を示したブロック図である。車両制御部２５が追加された以外は第１、第２の実施形態と同様であり、第１、第２の実施形態で説明した方法によって障害物の検知や優先障害物の決定が行われる。

車両制御部２５は優先障害物決定部２４において決定された報知する障害物の障害度に応じて、電動車両１の走行制御を行う。例えば障害度が高い場合は車両を停止し、障害度が低い場合は電動車両の速度を落として走行する。報知する障害物が複数存在する場合は、各判定領域に存在する障害物の障害度の合計や一番高い障害度にあわせて車両の制御方法を決定する。

このようにすることで、段差や坂などの障害物が複数存在する場合においても、優先させる障害物を正しく決定することができることに加え、優先させる障害物に応じて電動車両の運転を制御することができる。

なお、車両の状態に合わせて障害度を変更するようにしてもよい。例えば、電動車両１のタイヤの空気圧を検知するようにし、空気圧が低いときには、障害物として検知した溝の障害度を高くするといったことを行ってもよい。

また、車両制御部２５は障害物認識装置２と別個に備えられていなくてもよく、障害物認識装置２が車両制御部２５を含むような構成であってもよい。

また、本実施形態では最も障害度が高い障害物を優先して避けることについて説明したが、障害度が所定の値よりも大きい障害物が複数ある場合は、障害度の大きさを考慮しながら複数の障害物を避けるようにしてもよい。

（第４の実施形態）
第２の実施形態においては、電動車両１に設置されたステレオカメラによって坂の角度を検知することについて記載した。しかし、カメラによって検知される坂の角度は、電動車両１との相対的な角度となるため、電動車両１自体が傾いた坂に存在する場合は、坂の角度を正確に検知することが難しくなる。

そこで、水平からの傾きを検知するセンサ等の傾斜検知部を電動車両１に設け、電動車両１自身の車両傾斜角度を用いて実際の坂の角度を検知するようにしてもよい。すなわち、例えば電動車両が急な下り坂を下っているような場合に、相対的に緩やかな上り坂を検知した場合は、それを上り坂として検知するのではなく、緩やかな下り坂として解釈し、障害度を決定するようにすれば良い。

これにより、自車両が傾いている場合においても、障害度を適切に決定し、優先させる障害物を正しく決定することができる。

なお、傾斜検知部はセンサを別途用いるようなものに限らず、カメラからの画像を解析することによって求めるような処理部であってもよい。

１ 電動車両、 ２ 障害物認識装置、 ３ 障害物報知部、 ４ 装置固定部
２１ａ、２１ｂ カメラ、 ２２ 障害物検知部、 ２３ 車両制御部
２４ 障害度決定部、 ２５ 優先障害物決定部
３１ スピーカ部、 ３２ ＬＥＤ表示部、 ３３ スイッチ部

Claims (3)

1. 複数の障害物を検知する障害物検知部と、
   前記障害物の位置および種類に基づいて、前記障害物の障害度をそれぞれ決定する障害度決定部と、
   前記障害度に応じて優先対象とする障害物を決定する優先障害物決定部と、
   を備える障害物認識装置において、
   前記障害度決定部は、段差と坂の少なくとも一方を障害物として検知し、前記段差に対しては該段差の高さに応じて前記障害度を決定し、前記坂に対しては該坂の傾斜角度に応じて前記障害度を決定するものであることを特徴とする障害物認識装置。
2. 請求項１に記載の障害物認識装置を備える電動車両において、
   前記障害度決定部は、前記電動車両の進行方向と前記障害物とのなす角度に応じて前記障害度を決定するものであることを特徴とする電動車両。
3. 前記電動車両は、該電動車両の車両傾斜角度を検知する傾斜検知部をさらに備え、
   前記障害度決定部は、前記車両傾斜角度に応じて前記障害度を決定するものであることを特徴とする、請求項２に記載の電動車両。