JP2023038549A - 自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】走行レーンに埋設された給電装置から効率よく電力を受け取ることができる自動車を提供する。【解決手段】走行レーン２０の長手方向に沿って埋設されている複数の給電装置から電力供給を受ける自動車２は、給電装置から電力を受け取る受電装置１２と、給電装置から電力を受け取る際の自動車に対する走行レーン幅方向における給電装置の相対位置と受け取った電力の大きさに基づいて、受け取る電力が最大となる相対位置（最適相対位置）を決定する受電制御器（制御器１５）と、最適相対位置が決定された後、自動車の前方の給電装置が最適相対位置に近づくように操舵する操舵制御器（制御器１５）又は自動車の前方の給電装置が最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する表示器６と、を備える。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、走行レーンに埋設されている複数の給電装置から電力供給を受けることができる自動車に関する。

走行レーンに埋設された複数の給電装置から電力供給を受ける自動車が検討されている（例えば、特許文献１、２）。給電装置の典型はコイルであり、車載される受電装置の典型もコイルである。

給電装置は走行レーン幅方向の特定の位置に配置されている。走行レーン幅方向において、給電装置に対する自動車の通過位置が異なると受電量も異なる。すなわち、給電装置に対して受電量が最大となる通過位置（走行レーン幅方向における通過位置）が存在する。特許文献１、２の自動車では、受電量が最大となる通過位置が予め自動車に与えられている。

特開２０１９－０６８５０１号公報 特開２０１５－２２８０４７号公報

給電装置の配置位置が設計値からずれることがある。別言すれば、予め与えられた通過位置を正確に通過しても受電量が最大にならない可能性がある。給電装置から効率よく電力を受けることができる通過位置を走行中に特定できる技術が望まれている。

本明細書は、走行レーンの長手方向に沿って埋設されている複数の給電装置から電力供給を受けることが可能な自動車を開示する。その自動車は、受電装置と、受電制御器と、操舵制御器または表示器の一方を備える。受電装置は、走行レーンに埋設された給電装置から電力を受け取ることができる。受電制御器は、給電装置から電力を受け取る際の自動車に対する当該給電装置の走行レーン幅方向における相対位置と受け取った電力の大きさに基づいて、受け取る電力が最大となる相対位置を決定する。受け取る電力が最大となる相対位置を以下では最適相対位置と称する。操舵制御器は、最適相対位置が決定された後、自動車の前方の給電装置が最適相対位置に近づくように車輪を操舵する。表示器は、最適相対位置が決定された後、自動車の前方の給電装置が最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する。

前述した操舵制御器を備える自動車は自動操舵が可能な自動車である。操舵制御器を備える場合、操舵制御器は、最適相対位置を決定するのに先立って、少なくとも２個の給電装置が異なる相対位置で通過するように操舵するとよい。そのように操舵すれば、より早く最適相対位置を決定することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

走行レーンを走行する第１実施例の自動車の模式的な平面図である。 最適相対位置の決定方法の一例を説明する図である。 受電中の操舵制御のフローチャートである。 最適相対位置決定処理のフローチャートである。 変形例の最適相対位置決定処理のフローチャートである。 受電中の最適相対位置への誘導表示の一例である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の自動車２を説明する。図１に、走行レーン２０を走行する自動車２の模式的な平面図を示す。別言すれば、図１は、自動車２の平面図に走行系のブロック図を重ねた図である。

自動車２は、電気モータ３で走行する電気自動車である。自動車２は、バッテリ４を搭載しており、バッテリ４の電力で電気モータ３を駆動する。図示は省略しているが、バッテリ４と電気モータ３の間にはインバータが接続されている。インバータは、バッテリ４が出力する直流電力を電気モータ３の駆動に適した交流電力に変換する。

自動車２は、制御器１５と操舵アクチュエータ５を備えており、自動運転が可能である。自動車２は、前方を撮影するカメラ１４を有しており、制御器１５は、カメラ１４の映像から左右の車線２０ａ（すなわち走行レーン２０）を認識する。制御器１５は、自動車２が走行レーン２０のほぼ中央を維持するように、操舵アクチュエータ５に指令を出す。操舵アクチュエータ５は、制御器１５から受けた指令に基づいて自動車２の舵輪を制御する。前方の走行レーン２０がカーブしていれば、制御器１５はカーブに合わせて自動車２が旋回するように、操舵アクチュエータ５に指令を出す。なお、図１の破線は信号線を表す。また、制御器１５は、カメラ１４の映像から前方の自動車を検知し、適切な車間距離を保持するように、車速（すなわち電気モータ３の出力）を調整する。

バッテリ４は、走行中に走行レーン２０に埋設された非接触型の地上コイル２１から電力を受けて充電することもできる。図１には１個の地上コイル２１のみが描かれているが、走行レーン２０には、その長手方向に沿って複数の地上コイル２１が埋設されている。複数の地上コイル２１は、走行レーン２０の長手方向に沿って一列に埋設されている。隣り合う地上コイル２１の間隔は一定であってもよいし、場所に応じて異なっていてもよい。

地上コイル２１には不図示の電力源が接続されており、地上コイル２１には所定の周波数の交流電力が流れる。自動車２は、車載コイル１２ａと電力変換器１２ｂを含む受電装置１２を備えている。自動車２が走行中に地上コイル２１の上を通過すると、地上コイル２１と車載コイル１２ａが磁気結合し、車載コイル１２ａに誘導電流が発生する。車載コイル１２ａに発生した誘導電流を電力変換器１２ｂが直流電力に変換し、バッテリ４にチャージする。

車載コイル１２ａに発生する電力の大きさは、車載コイル１２ａと地上コイル２１の相対位置に依存する。自動車２が地上コイル２１の上を通過する際のレーン幅方向の相対位置に依存する。レーン幅方向とは、走行レーン２０の長手方向に直交する方向、別言すれば、走行レーン２０の短手方向である。地上コイル２１の中心（図１の中心線ＣＬ１）と車載コイル１２ａの中心（図１の中心線ＣＬ２）のレーン幅方向の距離ｄＬが小さいほど、送電効率が高くなり、受電装置１２は大きな電力を得ることができる。

実施例の自動車２の場合、車載コイル１２ａは自動車２の車幅方向の中心に位置している。従って、地上コイル２１が自動車２の車幅方向の中心を通過するとき、受電装置１２は大きな電力を得ることができる。

自動車２は、自動運転中は、地上コイル２１から最大電力が得られるように、地上コイル２１を通過する際のレーン幅方向の位置を調整する。地上コイル２１は走行レーン２０に埋設されているが、自動車２が地上コイル２１の位置を検知できるように、走行レーン２０の表面に地上コイル２１の位置を示す表示（マーカ）が描かれている。図１では、グレーの太線で示した角丸の矩形が埋設された地上コイル２１を表すとともに地上に描かれたマーカを表す。

自動車２の制御器１５は、車載のカメラ１４が撮影する前方の映像から地上コイル２１の位置（マーカの位置）を検知する。また制御器１５は、地上コイル２１から受けた電力の大きさを電力変換器１２ｂから受け取る。制御器１５は、いくつかの地上コイル２１を通過する毎に、自動車２（車載コイル１２ａの中心）に対する地上コイル２１の相対位置（レーン幅方向における相対位置）と受け取った電力の大きさを対応付けて記憶する。制御器１５は、相対位置と電力の大きさの複数の組から、受け取る電力が最大となる相対位置を決定する。別言すれば、制御器１５は、地上コイル２１から電力を受け取る際の自動車２（車載コイル１２ａ）に対する地上コイル２１のレーン幅方向における相対位置と受け取った電力の大きさに基づいて、受け取る電力が最大となる相対位置を決定する。受け取る電力が最大となる相対位置を以下では最適相対位置と称する。

なお、「地上コイル２１から電力を受け取る際の自動車２に対する地上コイル２１の走行レーン幅方向における相対位置」とは、より厳密には、「自動車２が地上コイル２１の上を通過するときの相対位置」である。しかし、地上コイル２１の上を通過するときの相対位置も通過する直前の相対位置もほぼ同じである。それゆえ、実際にはカメラ１４の映像から検知される車両直前の地上コイル２１の相対位置が、「地上コイル２１から電力を受け取る際の自動車２に対する地上コイル２１の走行レーン幅方向における相対位置」に相当する。

図２を参照して最適相対位置の決定手順の一例を説明する。先に述べたように、実施例では、車載コイル１２ａは自動車２の車幅方向の中心に位置する。グラフの横軸は、自動車２の中心（車載コイル１２ａの中心）に対する地上コイル２１の相対位置（レーン幅方向の相対位置）を示している。相対位置ゼロは、自動車２の中心と、地上コイル２１の中心（実際には地上コイル２１を示すレーン上のマーカの位置）とが一致する状態を意味する。

以下では、説明の便宜上、自動車２の車幅方向の中心（すなわち車載コイル１２ａの中心）を単に車両中心と称する。

図２の例では、車両中心の右側と左側を地上コイル２１がそれぞれ２回ずつ通過したときの受け取った電力を示してある。符号Ｒｐが示す２個のプロットが、地上コイル２１が車両中心の右側を通過したときの相対位置と電力を示している。符号Ｌｐが示す２個のプロットが、地上コイル２１が車両中心の左側を通過したときの相対位置と電力を示している。制御器１５は、右側の２個のプロットを通る直線ＲＬと、左側の２個のプロットを通る直線ＬＬの交点Ｃｐに対応する相対位置Ｃｘを最適相対位置として決定する。地上コイル２１が車両中心に対して相対位置Ｃｘで通過するとき、最大の電力が得られる。

制御器１５は、走行レーン２０の中央をキープするように操舵アクチュエータ５を制御することができる。すなわち、自動車２は、自動運転モードで走行することができる。自動運転モードで走行している際、制御器１５は、車両前方に地上コイルを検知すると、最適相対位置を決定する。最適相対位置が決定された後、制御器１５は、次の地上コイル２１が最適相対位置に近づくように操舵アクチュエータ５を制御する。

制御器１５には表示器６が接続されている。表示器６の利用については第２実施例で説明する。

図３に、自動運転中に制御器１５が実行する操舵制御のフローチャートを示す。図３の処理は、所定の制御周期で繰り返される。制御器１５は、カメラ１４の画像の中から地上コイル２１を探す。制御器１５は、地上コイル２１が検知されると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３以降の処理を実行する。先に述べたように、地上コイル２１が検知されないときには、制御器１５は、走行レーン２０の中央をキープするように操舵アクチュエータ５を制御する。なお、図３では、走行レーン２０の中央をキープするように操舵アクチュエータ５を制御する処理については記載を省いた。

地上コイル２１が検知され後、最適相対位置が決定されるまでは（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４の最適相対位置決定処理を実行する。

図４に最適相対位置決定処理のフローチャートを示す。制御器１５は、地上コイル２１の相対位置を特定する（ステップＳ１２）。より詳細には、制御器１５は、車両中心（すなわち車載コイル１２ａの中心）に対する地上コイル２１の相対位置（レーン幅方向における相対位置）を特定する。制御器１５は、その地上コイル２１から受け取った電力を特定する（ステップＳ１３）。制御器１５は、車両中心の右側と左側を地上コイル２１がそれぞれ所定回数（例えば２回ずつ）通過するまで、ステップＳ１２、Ｓ１３の処理を続ける(ステップＳ１４：ＮＯ、リターン)。なお、ステップＳ１４の判断がＮＯのとき、図４の処理は終了し、図３の処理が繰り返される毎に、最適相対位置が決定されるまでステップＳ１２、Ｓ１３の処理が繰り返される。

地上コイル２１が車両中心の右側と左側をそれぞれ所定回数（例えば２回）だけ通過すると、制御器１５は、最適相対位置を決定する（ステップＳ１５）。最適相対位置の決定プロセスの一例は前述したとおりである。

図３の説明に戻る。直前の地上コイル２１が検知された後、最適相対位置が決定済みの場合、制御器１５は、車両中心に対するその地上コイル２１の相対位置（レーン幅方向の相対位置）を特定する（ステップＳ３：ＹＥＳ、Ｓ５）。制御器１５は、前方の地上コイル２１が最適相対位置に近づくように操舵アクチュエータ５を制御する（ステップＳ６）。自動車２は、地上コイル２１が最適相対位置で（あるいは最適相対位置に近い位置で）通過するように走行するため、電力を効率よく地上コイル２１から受け取ることができる。

図４のフローチャートの場合、地上コイル２１が車両中心の右側と左側を所定回数ずつ通過するまで、制御器１５は走行レーンの中央をキープするように操舵アクチュエータ５を制御する。最適相対位置を決定するのに地上コイル２１が車両中心の右側と左側を積極的に通過するように操舵アクチュエータ５を制御することも好適である。そうすることによって最適相対位置を速やかに決定することができる。

図５に、最適相対位置決定の変形例のフローチャートを示す。制御器１５は、カメラ１４の画像から地上コイル２１を検知すると（図３のステップＳ２）、車両中心に対する地上コイル２１の相対位置を決定する（ステップＳ２２）。制御器１５には、最適相対位置決定処理において地上コイルが通過すべき複数の相対位置が予め記憶されている。例えば、車両中心の右側と左側のそれぞれ２か所の相対位置が地上コイル２１の予定経路として記憶されている。制御器１５は、予定経路を一つずつ読み出し、地上コイル２１がその予定経路を辿るように操舵アクチュエータ５を制御する（ステップＳ２３）。次いで制御器１５は、通過した地上コイル２１から受けとった電力を特定する（ステップＳ２４）。制御器１５は、地上コイルが全ての予定経路（予定された相対位置）を通過するまで、ステップＳ２２－Ｓ２４の処理を繰り返す（ステップＳ２５：ＮＯ、リターン）。なお、図５の処理がリターンで終了すると図３の処理に戻る。図３の処理が繰り返される毎に、最適相対位置が決定されるまでステップＳ２２－Ｓ２４の処理が繰り返される。

全ての予定経路を通過すると、制御器１５は、最適相対位置を決定する（ステップＳ２５：ＹＥＳ、Ｓ２６）。

最適相対位置が決定された後は、制御器１５は、近づいてくる地上コイル２１が最適相対位置を通過するように（あるいは最適相対位置に近い位置を通過するように）操舵アクチュエータ５を制御する。その結果、自動車２は地上コイル２１から効率よく電力を受け取ることができるようになる。

（第２実施例）自動運転モードでなく手動運転モードの場合、制御器１５は、地上コイル２１の最適相対位置を決定すると、表示器６を使って運転者をガイドする。表示器６は、直前の地上コイル２１が最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する。このときの制御器１５の処理は、図３のステップＳ６の処理を、「前方の地上コイル２１が最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する」とすればよい。

表示器６の例を図６に示す。表示器６は、運転者から視認できる位置、例えばインストルメントパネルの中に配置されている。あるいは、表示器６は、図６の映像がフロントガラスに映し出すことができるヘッドアップディスプレイタイプであってもよい。

制御器１５は、前方に地上コイル２１を検知すると、検知した旨を表示器６に表示させる。図６の表示３１が、地上コイル検知の表示の一例である。表示器６には、車両中心が縦線３２で示されている。制御器１５は、車両中心に対する地上コイル２１の相対位置をランプの点滅で運転者に通知する。図６の例では、車両中心を示す縦線３２の上と、縦線３２の左右にランプ３３が一列に配置されている。制御器１５は、車両中心に対する地上コイル２１の相対位置を、ランプ３３ａを点滅させることで運転者に通知する。地上コイル２１の相対位置が変化すれば、点滅するランプの位置も変化する。

自動車２の取り扱い説明書には、車両中心を示す縦線の上のランプが点滅するように操舵すれば、効率よく受電できることが説明されている。すなわち、最適相対位置が決定された後、表示器６は、自動車２の前方の地上コイル２１が最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する。表示器６の表示に従い、運転者は、点滅するランプが縦線３２の上に移動するように操舵する。そうすることで、自動車２は地上コイル２１から効率よく電力を受け取ることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の自動車２の場合、車載コイル１２ａは車両中心に配置されている。車載コイル１２ａが車両中心からずれた位置に配置されている場合には、実施例の説明における「車両中心」を「車載コイルの中心」と読み替えればよい。

実施例の自動車２の制御器１５は、道路に描かれたマーカ（地上コイル２１の位置を示すマーカ）を検知し、自動車２に対する走行レーン幅方向における地上コイル２１の位置を特定する。地上コイル２１の埋設位置（走行レーン幅方向における埋設位置）が車線２０ａに対して正確に定められている場合、制御器１５は、自動車２に対する車線２０の位置（走行レーン幅方向における車線２０の相対位置）を検知し、検知した車線２０の相対位置を、「自動車２に対する走行レーン幅方向における地上コイル２１の位置」とみなしてもよい。また、「相対位置」であるので、自動車２に対する地上コイル２１の相対位置は、地上コイル２１に対する自動車２の相対位置と等価である。

実施例では、最適相対位置とは、車載の受電装置が受け取る電力が最大となる相対位置を意味する。地上コイル２１と車載コイル１２ａの間で電力を伝送する場合、制御器１５は、「地上コイル２１と車載コイル１２ａの磁気結合が最も強くなる位置」を指標として「車載の受電装置が受け取る電力が最大となる相対位置」を特定してもよい。また、自動車２が受けとった電力でバッテリが充電される場合、制御器１５は、地上の給電装置から送られる電力で車載のバッテリが充電されるときの充電効率が最大となる相対位置」を指標として「車載の受電装置が受け取る電力が最大となる相対位置」を特定してもよい。

図５の処理を整理すると次の通りである。制御器１５は、最適相対位置を決定するのに先立って、少なくとも２個の地上コイル２１が車両中心の右側を通過し、少なくとも２個の別の地上コイル２１が車両中心の左側を通過するように操舵する。そして制御器１５は、地上コイル２１が車両中心の右側と左側を通過したときのそれぞれの相対位置と受け取った電力から、最適相対位置を決定する。

走行レーン２０に埋設された複数の地上コイル２１が給電装置の一例に相当する。給電装置と受電装置は、非接触で電力を移送できるものであればよく、コイルに限定されない。

自動車は、画像認識以外の技術で走行レーンに設置された給電装置を検知してもよい。自動で操舵する第１実施例の自動車２の場合、表示器６は備えていなくともよい。運転者が操舵する第２実施例の自動車２の場合、操舵アクチュエータ５は備えていなくてもよい。

最適相対位置を決定するときの制御器１５が受電制御器の一例に相当する。最適相対位置を決定した後、地上コイル２１の相対位置に応じて操舵する制御器１５が操舵制御器の一例に相当する。図１では制御器１５を一つの矩形で示したが、通信可能に接続された複数のコンピュータが協働して実施例の制御器１５の機能を実現してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：自動車 ３：電気モータ ４：バッテリ ５：操舵アクチュエータ ６：表示器 １２：受電装置 １２ａ：車載コイル １２ｂ：電力変換器 １４：カメラ １５：制御器 ２０：走行レーン ２０ａ：車線 ２１：地上コイル ３１：表示 ３２：車両中心を示す縦線 ３３、３３ａ：ランプ

Claims (2)

1. 走行レーンの長手方向に沿って埋設されている複数の給電装置から電力供給を受ける自動車であり、
   前記給電装置から電力を受け取る受電装置と、
   前記給電装置から電力を受け取る際の前記自動車に対する走行レーン幅方向における前記給電装置の相対位置と受け取った電力の大きさに基づいて、受け取る電力が最大となる前記相対位置（最適相対位置）を決定する受電制御器と、
   前記最適相対位置が決定された後、前記自動車の前方の前記給電装置が前記最適相対位置に近づくように操舵する操舵制御器、または、前記自動車の前方の前記給電装置が前記最適相対位置に近づく方向を運転者に通知する表示器と、
   を備えている、自動車。
2. 前記操舵制御器を備えており、
   前記操舵制御器は、前記受電制御器が前記最適相対位置を決定するのに先立って、少なくとも２個の前記給電装置が異なる前記相対位置で通過するように操舵する、請求項１に記載の自動車。

Images