JP2019017742A

JP2019017742A - 電動車両

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Publication number: JP2019017742A
Application number: JP2017139282A
Authority: JP
Inventors: 紀章今岡; Noriaki Imaoka; 健安藤; Takeshi Ando; 弘幸上松; Hiroyuki Uematsu
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP7014540B2

Abstract

【課題】電動車両が障害物に接近することを可能にするだけでなく、電動車両が障害物に接近した状態において操作者の操作に誤りがあった場合でも、電動車両が壁や物に接触することを回避すること。【解決手段】電動車両１００が、自車両が走行する速さの指示を受け付ける操作部１０１と、自車両から障害物１２０までの距離が、第１の距離より小さく、かつ、自車両の制動距離と制御マージンとを加算した制動制御距離よりも大きい場合に、前記速さよりも遅い速さで自車両を駆動させ、自車両から障害物１２０までの距離が、第１の距離より小さく、かつ、制動制御距離以下の場合に、自車両を一旦停止させる制御を行う制御部１０４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、自律的に障害物との衝突を回避する電動車両に関するものである。

従来、電動車両として、人の操作に応じて走行するだけでなく、搭載された障害物検知センサが障害物を検知した際に自律的に走行を停止する機能を有した電動車両が知られている。

このような電動車両において障害物検知センサが障害物を頻繁に検知すると、そのたびに電動車両は走行を停止することになる。また、電動車両が特定の対象物にあえて接近しようとする場面では、障害物検知センサが特定の対象物を障害物として検知して電動車両が自律的に走行を停止するため、特定の対象物に接近することができなくなる可能性がある。

このような課題を解決するため、障害物検知センサが障害物を検知した場合でも、人の操作に従って電動車両を走行させることが可能な電動車両の走行制御方法が知られている。

例えば、特許文献１に開示されている電動車両の走行制御方法は、障害物検知センサが障害物を検知した場合、走行許可判断手段が警報発報指示信号を警報発報手段に出力するとともに、モータ駆動手段に動作停止を指示する信号を出力する。これにより、電動車両は動作を停止し、障害物への衝突を回避することができる。

その後、再度、走行許可判断手段が操作手段から障害物の方向に進む走行指示を受け付けた場合は、走行許可判断手段は、警報発報指示信号を警報発報手段に出力しつつ、走行許可指示をモータ駆動手段に出力することによって電動車両の走行が可能となる。

また、特許文献１に記載された電動車両では、このような動作を実現するために、障害物検知センサが電動車両における人の着座部の最前部に配置されている。このような構成とすることによって、電動車両は、前方にある障害物を検知した際に、一旦停止して衝突を回避する。

そして、再度、前方への走行指示を受け付けた場合は、電動車両は、操作者への注意喚起を行いつつ走行を許可する。これにより、例えば、テーブルに接近して物の授受を行う場合において、テーブルに接近したり、テーブルの近くを走行したりすることができる。さらに、操作者は、電動車両を壁際へ収めるといったことも容易にできる。また、これらの動作は、障害物検知手段の解除操作など、特段の操作手順を踏まずとも行うことができる。

特開２０１１−１７７２０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動車両の走行制御方法では、障害物に接近したり障害物の近くを走行したりすることが容易にできる一方で、操作者の不注意により電動車両が壁や物に接触する可能性もあり、安全性に関して未だ解決すべき課題を有していた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電動車両が障害物に接近することを可能にするだけでなく、電動車両が障害物に接近した状態において操作者の操作に誤りがあった場合でも、電動車両が壁や物に接触することを回避することができる電動車両を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電動車両は、自車両が走行する速さの指示を受け付ける操作部と、自車両から障害物までの距離が、第１の距離より小さく、かつ、自車両の制動距離と制御マージンとを加算した制動制御距離よりも大きい場合に、前記速さよりも遅い速さで自車両を駆動させ、自車両から障害物までの距離が、第１の距離より小さく、かつ、制動制御距離以下の場合に、自車両を一旦停止させる制御を行う制御部と、を備える。

本発明によれば、電動車両が障害物に接近することが可能となるだけでなく、電動車両が障害物に接近した状態において操作者の操作に誤りがあった場合でも、電動車両が壁や物に接触することを回避することができる。

本発明の実施の形態における電動車両の各部の機能を示すブロック図本発明の実施の形態における電動車両の概略図本発明の実施の形態における電動車両の走行制御処理の一例を示すフローチャート本発明の実施の形態における電動車両の挙動の一例を示す概念図電動車両が停止制御される際の第一停止距離Ｌ１と移動体の速さＶとの関係を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る電動車両ついて、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付している。また、図面は、理解しやすくするために模式的に表されている。電動車両とは、例えば、電動車いすである。

図１は、本発明の実施の形態における電動車両１００の各部の機能を示すブロック図である。また、図２は、電動車両１００の概略を示す図である。図１に示すように、本発明の電動車両１００は、操作部１０１と、障害物検知部１０２と、速度検知部１０３と、制御部１０４と、駆動部１０５とを有する。

操作部１０１は、操作者が電動車両１００の移動方向と速さを指示するための入力装置である。操作部１０１は、例えば、レバーの操作方向によって電動車両１００の移動方向の指示を受け付けるとともに、レバーの操作量によって電動車両１００の速さの指示を受け付けるジョイスティックである。

また、操作部１０１は、電動車両１００の移動方向と速さの入力を受け付けるボタンであってもよい。また、操作部１０１は、上記入力を受け付けるアクセルレバーとハンドルであってもよい。

障害物検知部１０２は、電動車両１００の周囲に存在する物体を検知する検知装置である。障害物検知部１０２は、例えば、赤外線レーザ光を照射して、障害物が存在する方向と障害物までの距離を検知する赤外線レーザセンサである。

例えば、障害物検知部１０２は、半円状のフィールドを０．３６度などの細かいピッチで約２７０度、赤外線レーザ光で走査し、その反射光を検知するまでの時間に基づいて周囲の物体までの距離を算出する。

ここで、電動車両１００が自律走行を行う場合、障害物検知部１０２から得られる電動車両１００の周辺の壁などの環境情報は、事前に登録された走行経路の近傍にある壁などの環境情報とマッチングさせることで、電動車両１００の現在位置の推定に用いることができる。また、障害物検知部１０２から得られる環境情報は、事前に登録された走行経路において、環境情報として登録されていない人や物などの障害物を検知し、障害物を回避するためにも用いることもできる。

また、障害物検知部１０２は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）センサであってもよい。この場合、赤外線レーザセンサを用いる場合と比較して、電動車両１００のコストを低減させることができる。

また、障害物検知部１０２は、ステレオカメラであってもよい。この場合、奥行き情報に加え色情報も取得できるので、障害物を精度よく検知し、的確な電動車両１００の障害物回避制御が実現できる。

速度検知部１０３は、電動車両１００の移動方向と速さを検知する検知装置である。速度検知部１０３は、例えば、後述する駆動部１０５の複数の車輪の回転角度および回転速度を検知するエンコーダである。また、速度検知部１０３は、ホールセンサやレゾルバといったモータ制御用に使用しているセンサであってもよい。

制御部１０４は、電動車両１００の各部を制御するプロセッサなどの制御装置である。制御部１０４は、速度推定部１０４ａと速度制御部１０４ｂを含む。

速度推定部１０４ａは、速度検知部１０３から入力された入力信号に基づいて電動車両１００の現在の移動方向と速さを算出する。

速度制御部１０４ｂは、操作部１０１から入力された入力情報、および、速度推定部１０４ａで算出された電動車両１００の移動方向と速さ、並びに、障害物検知部１０２で検知された物体までの距離とに基づいて、電動車両１００の走行制御および停止制御を実行する。

また、制御部１０４は、電動車両１００を走行制御するための制御信号を次に説明する駆動部１０５に対して出力する。なお、具体的な制御処理については、後述する。

駆動部１０５は、制御部１０４から出力された制御信号に基づいて駆動力を発生させる装置である。駆動部１０５は、例えば、後述する駆動輪と操舵輪として設けられた補助輪とを駆動させるステッピングモータやサーボモータなどの電動モータ、モータドライバ、ギア、バッテリなどを含む。

駆動部１０５は、制御部１０４から出力された制御信号に基づいて補助輪を進行方向に向けるように補助輪に連結された電動モータを駆動させる。また、駆動部１０５は、制御部１０４からから出力された制御信号に基づいて駆動輪に連結された電動モータを駆動させる。

図２に示すように、本実施の形態の電動車両１００は、電動車両１００を駆動させる左右一対の駆動輪１０７と、操舵輪として設けられる左右一対の補助輪１０６と、駆動輪１０７と補助輪１０６とにより支持されたメインフレーム１０８と、メインフレーム１０８の上方に配置された着座部１０９と、メインフレーム１０８の上方に設置されたアームレスト１１０と、を有する。

メインフレーム１０８には、補助輪１０６および駆動輪１０７を駆動するための駆動部１０５と駆動部１０５を駆動するためのバッテリ（図示せず）が内蔵されている。また、電動車両１００の前部には、障害物検知部１０２が設けられている。

アームレスト１１０には、操作者がアームレスト１１０に腕を載せたときに操作しやすい位置に操作部１０１が設けられている。

図３は、本発明の実施の形態における電動車両１００の走行制御の一例を示すフローチャートである。

制御部１０４は、まず、制御変数Ｍを１に設定する（ステップＳ１）。制御変数Ｍは、制御手法を設定する変数であり、第一の制御手法で電動車両１００を制御するときは制御変数Ｍが１に設定され、第二の制御手法で電動車両１００を制御するときには制御変数Ｍが２に設定される。

第一の制御手法は、操作部１０１で指示された速さで電動車両１００を走行させる制御手法である。また、第二の制御手法は、操作部１０１で指示された速さよりも遅い速さで電動車両１００を走行させる制御手法である。なお、電源起動時には制御変数Ｍが１に設定され、第一の制御手法で電動車両１００が制御される。

次に、制御部１０４は、制動距離Ｌ（Ｖ），制動制御距離Ｌ’（Ｖ），第一停止距離Ｌ１を算出する（ステップＳ２）。これらの変数については図４を参照して説明する。

図４は、本発明の実施の形態における電動車両１００の挙動の一例を示す概念図である。制動距離Ｌ（Ｖ）は、速度推定部１０４ａにより算出された電動車両１００の速さにおいて電動車両１００の停止制御が実行された場合に、電動車両１００が停止するまでに必要な距離である。

制動制御距離Ｌ’（Ｖ）は、制動距離Ｌ（Ｖ）に制御マージンΔＬ（Ｖ）を加えた距離である。ここで、制御マージンΔＬ（Ｖ）について説明する。制御部１０４が電動車両１００の停止制御を実行すると、理論上、電動車両１００は、停止制御が実行されてから制動距離Ｌ（Ｖ）を走行した時点で停止する。しかしながら、制御部１０４の制御遅れを原因として、電動車両１００が停止制御されてから停止するまでの距離には誤差が生じる。制御マージンΔＬ（Ｖ）は、電動車両１００が速さＶで走行中に停止制御された際に生じるこの誤差の最大値に相当する値である。

第一停止距離Ｌ１（特許請求の範囲における「第２の距離」に相当。）は、制動制御距離Ｌ’（Ｖ）に第一停止距離マージンΔＬ１を加えた距離である。ここで、第一停止距離マージンΔＬ１（特許請求の範囲における「第１の距離」に相当。）は、電動車両１００が障害物１２０に接近した際に電動車両１００を一旦停止させる位置と障害物１２０との間の距離である。第一停止距離マージンΔＬ１の値は、発明者の実験の結果によると、０．３ｍ≦ΔＬ１≦０．５ｍであることが望ましい。

次に、制御部１０４は、現在の時刻ｔにおける電動車両１００と障害物検知部１０２で検知された障害物１２０との間の距離ｌ（ｔ）を算出する（ステップＳ３）。そして、制御部１０４は、制御変数Ｍが１であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

制御変数Ｍが１であると判定した場合（ステップＳ４においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、現在の時刻ｔにおける電動車両１００と障害物１２０との間の距離ｌ（ｔ）が第一停止距離Ｌ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５）。

距離ｌ（ｔ）が第一停止距離Ｌ１よりも大きいと判定した場合（ステップＳ５においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、操作部１０１から入力された移動方向と速さで走行するための制御信号を駆動部１０５に出力する（ステップＳ１３）。

すなわち、電動車両１００と障害物１２０との間の距離ｌ（ｔ）が十分大きい場合は、電動車両１００は、操作部１０１を用いて入力された移動方向と速さで走行するように制御される。

その後、制御部１０４は、走行制御処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１）。

走行制御処理を終了すると判定した場合（ステップＳ１１においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、走行制御処理を終了する。

走行制御処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ１１においてＮｏの場合）、再び、ステップＳ２以降の処理が実行される。なお、ステップＳ１１において走行制御処理を終了すると判定される場合は、例えば、電動車両１００の電源が切られた場合である。

距離ｌ（ｔ）が第一停止距離Ｌ１以下であると判定された場合（ステップＳ５においてＮｏの場合）、制御部１０４は、電動車両１００を停止させるための制御信号を駆動部１０５に出力する（ステップＳ６）。これにより、電動車両１００の速さが徐々に低下する。

次に、制御部１０４は、入力時間Ｔｉｎを算出する（ステップＳ７）。入力時間Ｔｉｎとは、障害物１２０が存在する方向に電動車両１００を走行させる指示入力を操作部１０１が継続して受け付けている時間である。指示入力が障害物１２０の方向とは異なる方向に電動車両１００を走行させる指示入力である場合、入力時間Ｔｉｎは０となる。

続いて、入力時間Ｔｉｎが制御周期より長い時間であるか否かを判定する（ステップＳ８）。制御周期とは、電動車両１００の制御を行う周期である。

入力時間Ｔｉｎが制御周期以下の場合（ステップＳ８においてＮｏの場合）、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

入力時間Ｔｉｎが制御周期よりも長い時間であると判定した場合（ステップＳ８においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、現在の時刻ｔにおける電動車両１００と障害物１２０との間の距離ｌ（ｔ）が第１停止距離マージンΔＬ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

距離ｌ（ｔ）がΔＬ１よりも大きいと判定された場合（ステップＳ９においてＮｏの場合）、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

距離ｌ（ｔ）が第１停止距離マージンΔＬ１以下と判定した場合（ステップＳ９においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、制御変数Ｍを２に設定する（ステップＳ１０）。これにより、電動車両１００が第二の制御手法に基づいて制御される。その後、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

ここで、ステップＳ６の処理により、電動車両１００が停止制御された場合の電動車両１００の挙動について説明する。図５は、電動車両１００が停止制御された場合における第１停止距離Ｌ１と電動車両１００の速さＶとの関係を示す図である。

ステップＳ６において停止信号が出力されると、図５に示すように、電動車両１００が減速するとともに、第１停止距離Ｌ１が小さくなっていく。

そして、第１停止距離Ｌ１が第一停止距離マージンΔＬ１に近づく過程において、電動車両１００と障害物１２０との間の距離ｌ（ｔ）が第１停止距離Ｌ１より大きく、図３のステップＳ５においてＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ１３において、制御部１０４は、操作部１０１から入力された速さで電動車両１００を走行させるための制御信号を駆動部１０５に出力する。

そして、再び、距離ｌ（ｔ）が第１停止距離Ｌ１以下になり、ステップＳ５においてＮｏと判定された場合、ステップＳ６において、制御部１０４は、電動車両１００を停止させるための制御信号を駆動部１０５に出力する。

その後、距離ｌ（ｔ）が第一停止距離マージンΔＬ１以下となり、ステップＳ９においてＹｅｓと判定されるまでこのような処理が繰り返し実行されることにより、電動車両１００は徐々に減速される。そして、図４に示すように、距離ｌ（ｔ）は、第一停止距離マージンΔＬ１に収束していくことになる。

図３の説明に戻ると、ステップＳ４において、制御変数Ｍが１ではないと判定した場合（ステップＳ４においてＮｏの場合）、制御部１０４は、距離ｌ（ｔ）が、制動制御距離Ｌ’（Ｖ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。

距離ｌ（ｔ）が制動制御距離Ｌ’（Ｖ）以下であると判定した場合（ステップＳ１２においてＮｏの場合）、制御部１０４は、電動車両１００を停止させる制御信号を駆動部１０５に出力する（ステップＳ１４）。そして、ステップ１１以降の処理を実行する。

距離ｌ（ｔ）が制動制御距離Ｌ’（Ｖ）よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１２においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、第二の制御手法に基づいて電動車両１００を駆動するための制御信号を駆動部１０５に出力する（ステップＳ１５）。

第二の制御手法に基づいて電動車両１００を駆動する場合、具体的には、制御部１０４は、操作部１０１が指示を受け付けた速さよりも遅い速さＶ２で電動車両１００を走行させるための制御信号を駆動部１０５に出力する。発明者の実験の結果によると、速さＶ２の最大値は、０．０５［ｍ／ｓ］以上、０．１［ｍ／ｓ］以下であることが望ましい。

次に、制御部１０４は、電動車両１００が移動した結果、距離ｌ（ｔ）が制御手法切替距離Ｘよりも大きくなったか否かを判定する（ステップＳ１６）。この判定処理は、制御手法を第二の制御手法から第一の制御手法に戻すか否かを決定するためになされる処理である。

ここで、制御手法切替距離Ｘ（特許請求の範囲における「第３の距離」に相当。）は、電動車両１００の速さに依存しない予め設定された距離である。例えば、制御手法切替距離Ｘは、制御手法の切替が頻繁に発生することを防止するため、第一停止距離Ｌ１よりも大きい値に設定される。制御手法切替距離Ｘは、障害物検知部１０２の測定誤差を考慮して、第一停止距離Ｌ１よりも５ｃｍ以上大きいことが望ましい。

制御部１０４が、距離ｌ（ｔ）が制御手法切替距離Ｘ以下であると判定した場合（ステップＳ１６においてＮｏの場合）、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

距離ｌ（ｔ）が制御手法切替距離Ｘより大きいと判定した場合（ステップＳ１６においてＹｅｓの場合）、制御部１０４は、電動車両１００を停止させる制御信号を駆動部１０５に出力し（ステップＳ１７）、制御変数Ｍを１に設定する（ステップＳ１８）。その後、ステップＳ１１以降の処理が実行される。

なお、ステップＳ１７において、電動車両１００を停止させる制御信号を出力しているが、これは第二の制御手法から第一の制御手法への切替時に急激に電動車両１００の速さが速くなることを避けるためである。

ここで、ステップＳ１４において、電動車両１００が停止制御された際の電動車両１００の挙動について説明する。制御部１０４が、ステップＳ１４の処理において、電動車両１００を停止させるための制御信号を駆動部１０５に対して出力すると、電動車両１００は減速し、障害物１２０までの距離が０以上、制御マージンΔＬ（Ｖ２）以下となる位置で停止する。

ただし、障害物１２０から離れる方向へ電動車両１００を移動させる操作入力を操作部１０１が受け付けると、電動車両１００は、その方向へ速さＶ２で移動する。そして、制御部１０４は、距離ｌ（ｔ）が制御手法切替距離Ｘよりも大きいと判断すると、電動車両１００を停止制御した後、第１の制御手法で電動車両１００を制御する。

以上の走行制御処理により、電動車両１００が障害物１２０に接近することが可能になるだけでなく、電動車両１００が障害物１２０に接近した場合において操作者の操作の誤りがあった場合でも、電動車両１００が壁やモノへ接触することを回避することができる。

本発明は、障害物を検知して回避走行を行う電動車両に広く利用可能である。

１００電動車両
１０１操作部
１０２障害物検知部
１０３速度検知部
１０４制御部
１０４ａ速度推定部
１０４ｂ速度制御部
１０５駆動部
１０６補助輪
１０７駆動輪
１０８メインフレーム
１０９着座部
１１０アームレスト
１２０障害物

Claims

自車両が走行する速さの指示を受け付ける操作部と、
前記自車両から障害物までの距離が、第１の距離より小さく、かつ、前記自車両の制動距離と制御マージンとを加算した制動制御距離よりも大きい場合に、前記速さよりも遅い速さで前記自車両を駆動させ、前記自車両から前記障害物までの距離が、前記第１の距離より小さく、かつ、前記制動制御距離以下の場合に、前記自車両を一旦停止させる制御を行う制御部と、
を備える電動車両。
前記制御部は、前記自車両から前記障害物までの距離が、前記第１の距離より大きく、かつ、前記第１の距離と前記制動制御距離とを加算した第２の距離より大きい場合に、前記自車両を前記操作部で前記指示を受け付けた前記速さで駆動させ、前記自車両から前記障害物までの距離が、前記第１の距離より大きく、かつ、前記第２の距離より小さい場合に、前記自車両を一旦停止させる他の制御を実行する請求項１に記載の電動車両。
前記制御部は、前記操作部が、所定時間よりも長い時間、前記速さの指示を受け付けた場合に前記他の制御から前記制御への切り替えを行う請求項２に記載の電動車両。
前記制御部は、前記制御を実行している状態で、前記自車両から前記障害物までの距離が、前記第２の距離よりも大きい第３の距離よりも大きくなった場合に、前記制御から前記他の制御に切り替える請求項２または３に記載の電動車両。
前記制御部は、前記制御から前記他の制御に切り替える場合に、前記自車両を一旦停止させる請求項４に記載の電動車両。