JP2020023266A

JP2020023266A - 安全運転装置

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Publication number: JP2020023266A
Application number: JP2018149035A
Authority: JP
Inventors: 次郎蔭山; Jiro Kageyama
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: JP6410334B1

Abstract

【課題】自動車のアクセルペダルの誤操作による急発進・急加速事故を防止し、数十度のステアリング操作で右左折が可能であって、両手のみで全ての運転操作が可能な運転装置を開発すると共に完全自動運転車実用化までの次世代自動車の一形式を提供する。【解決手段】運転席メーターパネル下部に位置するステアリングポストの先端中央部分に衝撃吸収手段を備えた操縦手段を設け、衝撃吸収手段の下部または中央部または上部に設置される操作ハンドルの右側にあって右手で操作する回転式アクセルと、左手で方向指示器などのスイッチ類を操作する左手グリップと、両手又は左手で前下方に押し込んで車輪を制動するブレーキバーと、時計又は反時計回りに数十度操作することでステアリング制御する一体型の操作ハンドルにて全ての運転操作を行い、従来型のフットブレーキペダルは予備ブレーキとして存続させる。さらにこの運転装置を応用することで、完全自動運転車実用化までの次世代自動車の一形式を提供する。【選択図】図１

Description

車両の運転技術に関する

従来型自動車の運転装置の最大の問題は、ブレーキ操作とアクセル操作が共に右足で踏み込む動作で行われる点にある。すなわち運転者がパニック状態に陥った際に両者が混同され、緊急ブレーキ操作を意図した動作がアクセルペダルを強く踏み込む誤操作を誘発し、急発進・急加速事故の原因となっている。また従来型のステアリングホイールでは前輪を最大切れ角（乗用車の場合、外輪で約３０度）まで偏位させるにはステアリングホイールを約５４０度回転させる必要があり、交差点などで直角に右左折する場合、ステアリンホイールを３６０度近く回転させるために、特に高齢の運転者に無理な体勢を強いて視線が揺れ、左右の安全確認が疎かになるという問題がある。

特開２００３−２６１０３２車両の操舵輪操作装置特表２０１４−５２０６９６車両のステアリングシステムのための操作装置及び車両のステリングシステムのための方法

該当なし

自動車のアクセルペダルの誤操作による急発進・急加速事故を防止し、数十度のステアリング操作で右左折が可能であって、両手のみで全ての運転操作が可能な運転装置を開発すると共に完全自動運転車実用化までの次世代自動車の一形式を提供する。

運転席メーターパネル下部に位置するステアリングポストの先端中央部分に衝撃吸収手段を備えた操縦手段を設け、衝撃吸収手段の下部または中央部または上部に設置される操作ハンドルの右側にあって右手で操作する回転式アクセルと、左手で方向指示器などのスイッチ類を操作する左手グリップと、両手又は左手で前下方に押し込んで車輪を制動するブレーキバーと、時計又は反時計回りに数十度操作することでステアリング制御する一体型の操作ハンドルにて全ての運転操作を行い、従来型のフットブレーキペダルは予備ブレーキとして存続させる。さらにこの運転装置を応用することで、完全自動運転車実用化までの次世代自動車の一形式を提供する。

従来型自動車ではアクセル操作とブレーキ操作共に右足で踏み込む操作方法がパニック状態の運転者のアクセル誤操作を誘発させるのに対し、本装置ではアクセルは右手の回転動作、ブレーキは左手または両手で前下方に押し込む動作で操作することで操作の混同を防止すると共に、従来型自動車に慣熟した運転者の条件反射的ブレーキ動作にも対応するために従来型のフットブレーキペダルを存続させている。またステアリング操作が右左折共に約65度以内で行われるため、運転者に無理な体勢を強いることがないので視線が揺れず、左右の安全確認作業が改善される。さらにこの運転装置を応用することで、完全自動運転車実用化までの次世代自動車の一形式を提供できる。

運転席操作ハンドルアクセル及びブレーキ操作ステアリング操作メーターパネル制御システムブレーキシステム衝撃吸収機構衝撃吸収バルーン操作ハンドルの第二の実施形態

以下では電気自動車を対象に本装置の動作原理を説明するが、ハードウエアとソフトウエアに必要な修正を加えることで内燃機関を動力とする車両やハイブリッド車にも応用が可能である。

図１に本装置の運転席を、図２に操作ハンドルを、図３にアクセル操作とブレーキ操作を、図４にステアリング操作を、図５にメーターパネルをそれぞれ示す。本装置を始動するには、まずブレーキバー１０６を前下方に押し込んでブレーキ制動量表示５０８で最大制動量を確認し、パワースイッチボタン１１０を押して電源をONにする。パワースイッチボタン１１０は左手で操作するので、始動時に限り右手のみでブレーキバーを押し込んでもよい。走行可能表示灯５０４の点灯を確認したらセレクトレバー１０８をD位置にセットし、ブレーキバー１０６を元に戻してブレーキを解除し、回転式アクセル１０４を徐々に絞って発進する。ブレーキ制動量はブレーキ制動量表示５０８に、モーター出力（内燃機関ではエンジン出力）はモーター出力表示５０９にそれぞれ表示される。

操作ハンドル１１３は、運転者が両手を放せばステアリングは中立位置（直進位置）に、アクセルはモーター停止（内燃機関ではアイドリング）位置に、ブレーキは解除位置にそれぞれ戻るので、直進走行の操作において運転者は左手で左手グリップ１０５を軽く握り、右手は回転式アクセル１０４を必要に応じて操作し、ステアリング操作では操作ハンドル１１３の中立位置を示す中立位置マーク１１４の１２時の位置から左右に操作して修正舵を入れ、路面の状態による直進のブレを修正する。

図４−１にステアリング操作の詳細を示す。中立位置マーク４０１は運転者が両手を放した状態では常時１２時の中立位置にあり、操作時には手指に伝わるノッチの感触でも中立位置が確認できる。θ１は約５度の遊び角であり、θ２は約６０度の操作領域であって、低速時においては右左折が容易なように舵の効きが良く、前輪は最大切れ角まで操作可能であり、走行速度が上昇するに従って切れ角の最大値を段階的に制限して急ハンドルによる車体のスリップやスピンを抑制する。操作ハンドルを左右に回転させる際には左手に意識を集中させて左手主体で操作し、右手はアクセル操作を主体に意識集中するとよい。

走行速度と前輪切れ角との関係の一例を表１に示す。低速域の領域１では操作ハンドル操作角２度に対して前輪切れ角偏移量が１度に設定されていて舵の効きが良く、領域６では操作ハンドル操作角５度に対して前輪切れ角偏移量が１度であるので、中速域での操作が急ハンドルにならない安全なスアリング操作が可能である。領域７は高速域での設定であり、ステアリング操作はさらに緩慢になって安全性を高めている。表中の設定は一例であってこの限りではなく、設計思想に応じて数値を変更してもよい。

図４−２においてθ４は内輪切れ角であり、公知の技術で知られる通り外輪切れ角θ３よりも大きい。前輪切れ角の偏移量は、メーターパネル上のタイヤを模した前輪切れ角表示アイコン５０１により左右の傾きにて図示されると共に、ステアリング操作中は速度・切れ角表示窓５０５に切れ角偏移量がデジタル表示される。

市街地走行中に速度を落として右折（左折）する際には、操作ハンドルを時計回り（反時計回り）に操作する。前記表１の例のように低速域では舵の効きが良いので容易に右折（左折）できる。このとき、メーターパネル上の前輪切れ角表示アイコン５０１が右（左）に傾いて前輪切れ角を図示すると共に速度・切れ角表示窓５０５に切れ角がデジタル表示され、転進方向表示アイコン５０３が点滅移動して右折中（左折中）であることを表示する。

中速から高速走行時の直進走行ブレの修正や車線変更を行う際も同様に前輪切れ角は表１の例のように速度に応じた安全な切れ角偏移量に設定されているので、急ハンドルの危険のない安全で安定したステアリング操作が可能である。

図２−１は走行時の両手の位置を、図２−２は制動時、図２−３は坂道発進時に左手でブレーキを調整しながら右手でアクセルを操作する様子を示している。図２−３の方法は本装置の特長のひとつであって、従来型自動車の坂道発進方法よりも容易であり安全である。

図３−１にアクセル操作の詳細を示す。回転式アクセル３０１は運転者が手を放した状態ではモーター停止位置（内燃機関ではアイドリング状態）にあり、モーター停止表示灯３０２が緑色点灯し、運転者から見て反時計回りに回転させてアクセル・オンにすると赤色点灯に変わる。

回転式アクセル３０１には角速度検出手段３０３が備えられていて、停止状態からの前進発進時または後進発進時において急激なアクセル・オン操作を検知した場合にはアクセルを無効または緩慢にして、急加速による暴走を抑制する。

図３−２にブレーキ操作の詳細を示す。ブレーキバー３０４を前下方に押し込んで制動する際には図２−２のように両手で押し込む方法が基本であるが、左手でブレーキバー３０４の左側または中央部分を軽く握って左手のみで操作してもよい。この方法は、左手は常時ブレーキ操作に、右手は常時アクセル操作に専念でき、図２−３に示した坂道発進はその一例である。

交差点の信号待ちなどで両手を休めたい場合には、ブレーキバー３０４を最大制動量まで押し込んだ状態でメーターパネル右側のパーキングスイッチ１０９をONにすれば、両手を放してもブレーキECUが制動状態を保持し、アクセル・オンにて解除される。パーキングブレーキの状態は、メーターパネルのパーキングブレーキ表示灯５１１の点灯・消灯で確認できる。

図５にメーターパネルの一例を示す。５０１はタイヤを模した前輪切れ角表示アイコンであり、直進時は緑色に点灯し、右折（左折）時にはオレンジ色に点灯して右側（左側）への傾き角度で前輪タイヤの切れ角を図示する。このとき転進方向表示アイコン５０３が点滅移動し、速度・切れ角表示窓５０５のデジタル表示が速度表示から切れ角表示に変わって運転者に情報を伝える。速度・切れ角表示窓５０５内の速度表示と切れ角表示は、両者が混同されないように、それぞれ青色文字、オレンジ色文字などで配色される。

ブレーキ制動量表示５０８はブレーキ制動量を、モーター出力表示５０９はモーター出力（内燃機関ではエンジン出力）を、バッテリー残量表示５１０は主電池の残量を、セレクトレバー位置表示５０６はセレクトレバー位置をそれぞれ示し、走行可能表示灯５０４はパワースイッチ１１０をONして走行スタンバイとなったときに点灯し、全ての運転操作が待機状態にあることを示す。

図６に本装置の制御システムを示す。運転席６０２からの命令はユーザーインターフェース６０３にて処理されてホストコンピュータ６０４と通信し、ネットワーク６２０を介してそれぞれのECUと通信して所定の処理を行い、各ECUから運転者への情報通知はメーターパネル上に表示される。

アクセル操作は運転席６０２からの命令により、モーターECU６１８がモーター６１７を制御することで実行される。ステアリング操作は、操作ハンドル６１３の操作を操作ハンドルセンサー６１４が検知し、ユーザーインターフェース６０３を介してホストコンピュータ６０４で処理され、ステアリングECU６１２が電動ステアリング機構６１１を作動させることで実行される。

前輪ブレーキユニット６０７と後輪ブレーキユニット６０８はサービスブレーキとパーキングブレーキを兼ね備えた電動ブレーキで、通常走行時には運転席６０２からの制動命令によりサービスブレーキECU６０９が全輪の制動を制御する。

図７にブレーキシステムの詳細を示す。交差点の信号待ちなどで両手を休めたいときには、ブレーキバー７０１を最大制動量まで押し込んでパーキングスイッチ７０４を押すことでパーキングブレーキECU７０８が全輪を一時的にロックする。このとき電動ブレーキのブレーキパッドは、電動アクチュエータのソレノイドによってロックピンが作動して制動状態を保持し、その直後にソレノイドへの通電が遮断され、電力消費を軽減する。この状態でアクセル・オンすればソレノイドに通電されてロックピンが解放され、制動が解除される。

駐車時におけるパーキングブレーキ動作は、セレクトレバー７０３をP位置にセットすることでパーキングブレーキECU７０８が全輪をロックする。このとき電動ブレーキのブレーキパッドは、電動アクチュエータのソレノイドによってロックピンが作動し、全輪ロックを保持したあとソレノイドへの通電が遮断されるので、バッテリーの負荷にはならない。パーキングブレーキはセレクトレバー７０３がP位置以外にセットされることで解除される。

フットブレーキ７０２は本装置では予備ブレーキとして使用されるもので通常の運転には不要であるが、従来型自動車の運転に慣熟した運転者が、緊急時に条件反射的に右足を押し込むブレーキ動作を行った場合でもサービスブレーキが作動し、車輪の制動が可能であるように配慮されたものである。

方向指示器やワイパーなど、上記以外の一般的な装備の制御は、上記以外の所定のECUが実行する。付加装備はメーカー側が提供する範囲内でECUハードが増設されるか又はソフトが修正されてユーザーが希望するカスタマイズが可能なオプション設定として行われる。

図８に衝撃吸収機構を、図９に衝撃吸収バルーンを示す。図９−１と図９−２に示すように、車体前部に強い衝撃を受けると軟質のステアリングポスト外殻９０１を通して運転者９０５の頭部が１気圧の空気で満たされたバルーン９０３に衝突し、バルーン９０３が圧縮されて外周に折り畳まれている蛇腹部分９０４が展開してステアリングポスト外殻９０１を破り、運転者９０５の頭部と胸部を保護する。

続いてバルーン９０３底部にある緩衝材９０２が衝撃を和らげ、同時に図８の衝撃吸収機構が作動してステアリングポスト全体が緩やかに前方に押し出されて運転者９０５への衝撃をさらに和らげる。車体前部に強い衝撃を受けると、ウエイト８０３が衝撃加速度によって前方に展開し、ステアリングポストを固定しているロック機構８０２が解除されてステアリングポスト全体が前方に移動する。オイルダンパー８０１は車輪の懸架装置に使用されるショックアブソーバーよりも反力が弱く、衝撃の際の全ストローク移動が約１秒で行われて運転者９０５への衝撃を和らげる。

図８では機械的なロック機構を示しているが、この限りではなく、半導体衝撃検知デバイスなどで衝撃検知を行い、瞬時に電動アクチュエータを作動させてステアリングポストの固定を解除する方法もある。

図８では運転者頭部の衝突によりステアリングポストが前方移動する様子を示しているが、さらに厳重な衝撃を受けた際にはボンネット部分が変形してオイルダンパー８０１のシリンダー側取付金具部分８０８が後方に押し付けられる可能性もある。その場合でもオイルダンパー８０１は衝撃を吸収して運転者９０５への衝撃を緩和する。

図９−３は平常時の運転席を、図９−４は衝撃時の様子を示す。

図１０は操作ハンドルの第二の実施形態を示したもので、操作ハンドルがステアリングポストの中央部分に配置されている。操作ハンドルはこの位置に限らず、ステアリングポストの上部に配置してもよい。人間工学に基づき、操作が容易で疲労の少ない設置位置と形状の操作ハンドルが望ましい。

本装置は特に高齢者の運転誤操作への対応が求められる運転装置への解決策であって、且つ近未来に実用化される完全自動運転車への慣熟の第一歩となる次世代自動車としての商品化に最適である。

完全自動運転車実用化に向け、自動車メーカーでは長期間に亘って膨大な開発経費の出費を強いられている。その費用は従来型自動車の販売益から捻出されるが、その販売量と利益率は他国の自動車メーカーの興隆によって年々圧迫されている。この現状を打開するには、開発が容易で完全自動運転車への慣熟の第一歩となるような次世代自動車を率先して発売する方法が考えられる。本装置はアクセルとブレーキの誤操作を防止するという安全機能を付加価値として、その実現に寄与することが可能である。

各図面の下段に符号説明あり

Claims

電動機、または内燃機関、またはその双方を動力とする車両において、運転席メーターパネル下部に位置するステアリングポストの先端に設けられた衝撃吸収手段と、その下部または中央部または上部に配置される操作ハンドルの右側にあって右手で操作する回転式のアクセルと、左側にあって左手にて方向指示器などのスイッチ類を操作するグリップと、操作ハンドルを時計回り又は反時計回りに数十度回転させることで前輪の切れ角を変えて右折および左折を制御するステアリング手段と、操作ハンドルを前下方に押し込むことによって車輪を制動するブレーキバーを備え、それらセンサーからの信号をユーザーインターフェース（UI）にて処理してホストコンピュータと通信し、モーター（内燃機関ではエンジン）ECU（電子制御ユニット）やステアリングECU、ブレーキECU、およびその他のECUとでネットワークを構成して車体各部位を制御することを特徴とする運転装置。
前記回転式アクセルは、増速する方向への操作と、操作ハンドルにおいては中立位置から時計または半時計方向に回転させる操作と、ブレーキバーにおいてはサービスブレーキの制動量が増加する方向への操作には反発する力が加わって、運転者が手を離せばその反発力によってアクセルはモーター停止位置（内燃機関ではアイドリング位置）へ、操作ハンドルは中立位置へ、ブレーキバーは制動解除位置へ戻り、さらにブレーキバーを最大制動量まで押し込んだ状態でパーキングスイッチを押すことで作動し、アクセル・オンにて解除される一時的パーキングブレーキを備えたことを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記回転式アクセルは、停止状態からの前進発進時または後進発進時においてアクセルノブ回転操作の角速度検出手段によって急激なアクセル・オン操作を検知した場合にはアクセルを無効または緩慢にして、急加速による暴走を抑止することを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記操作ハンドルの中立位置、すなわち直進走行位置には運転者が手指の感触で中立位置を知るノッチがあり、遊び角約５度に続く約６０度の操作領域にて直進走行ブレの修正、車線変更、右折および左折のステアリング操作を行い、低速時においては舵の効きを良くして右左折が容易なように最大切れ角まで操作可能であり、走行速度が上昇するに従って切れ角の最大値を段階的に制限して急ハンドル操作を防止し、車体のスリップやスピンを抑制することを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記メーターパネルには、前輪の切れ角の状態を図示するタイヤを模したアイコンと、切れ角と走行速度をデジタル表示する表示窓と、右折および左折の運動中を示す点滅移動式の矢印アイコンと、ブレーキ制動量の状態と、モーター（内燃機関ではエンジン）出力の状態と、セレクトレバーの位置を図示またはデジタル表示し、その他、アナログメーターを模した速度計など一般的に必要とされる情報が図示またはデジタル表示されるカラー液晶画面などの表示デバイスを用いた表示部を備えたことを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記ホストコンピュータと各ECUは、メーカー側が提供する範囲内で、運転装置の操作方法による運転感覚などの仕様をカスタマイズできるように書き換え可能な記憶手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記ステアリングポストは、先端の衝撃吸収手段の内部にあって衝突事故の際には運転者の頭部が衝突する衝撃で展開する蛇腹形状を外周に持ち、内部が1気圧の空気で満たされたバルーンと、その底部に備えた緩衝材と、衝撃の重力加速度によって作動するロック解除機構がステアリングポストの固定を解除して前方に移動させる機構と、その移動部分先端に連結されて衝撃を吸収するピストン状のダンパーを備えていることを特徴とする請求項１記載の運転装置。
前記運転席には、従来型車両と同様の位置に予備のフットブレーキペダルを備えたことを特徴とする請求項１記載の運転装置。