JP6904650B2

JP6904650B2 - 電子装置および計測センサの計測方向の調整方法

Info

Publication number: JP6904650B2
Application number: JP2017178494A
Authority: JP
Inventors: 知基中川
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: JP2019053630A

Description

本発明は、車イスや自転車等の歩行者空間を走行可能な移動体に搭載された計測センサの計測方向の調整方法に関する。

自動運転や運転の補助として、車両にソナーやレーザーセンサといった測距センサを取り付け、車両周辺の障害物までの距離を測定する技術があるが、段差走行の際、車両が傾き障害物までの距離が正しく取得できないため、スタビライザーのような技術を用いて、常にセンサの向きを水平に保つことが可能である。例えば、特許文献１の車間距離計測装置は、路面上の凸部に車輪が乗り上げたときの車体が縦揺れを検出し、この検出結果に基づきレーザー光の投射方向を調整することで正確な車間距離の計測を可能にしている。また、特許文献２の物体検出方法は、上下方向の振幅が閾値を越えるとレーダの動作を停止させ、特許文献３の障害物検知装置は、悪路では路面と水平になるようにレーダを駆動し、坂道ではレーダの動作を停止させている。

特開平５−１０００２５号公報特開２０１６−４８１７９号公報特開２００４−３０１７６４号公報

図１に示すように、車イス１０でスロープや勾配のある道路Ｒ（以下、傾斜道路という）を走行する場合、車イス１０に搭載された測距センサ（図示省略）は、障害物１２までの水平方向の距離Ｌ１ではなく、傾斜道路Ｒの勾配に合わせた方向で障害物１２までの距離Ｌ２を計測する必要がある。このため、測距センサの向きを傾斜道路Ｒの勾配に応じて動的に切りかえる必要がある。

従来の方法では、移動体に取り付けたジャイロセンサ、加速度センサなどの慣性センサの挙動から、移動体がどの程度傾いたかを算出し、測距センサの向きを勾配に合わせ変化させていたが、この方法は、ある程度の距離を走行しないと、慣性センサの変化が、段差走行による変化だったのか、坂道走行による変化だったのかを判定することができず、それ故、その期間の間、正しい測距を行うことができないという課題がある。

ナビゲーション機能を搭載した自動車２０では、図２（Ａ）に示すように、上記の課題を解決するため、段差や勾配角の度合いを登録した地図データを参照し、傾斜道路Ｒの直前で、予め傾斜道路Ｒの勾配に合わせた角度にセンサやヘッドライト、カメラの向きを調整している。しかし、自動車２０の進行方向Ａは、傾斜道路Ｒの方向に沿うものであるが、車イスや自転車等の歩行者空間を走行する移動体では、図２（Ｂ）に示すように、その進行方向Ｂは、必ずしも傾斜道路Ｒの進行方向に一致せず、傾斜道路Ｒの勾配を緩和させるため傾斜道路Ｒの進行方向から斜め方向にずれることがある。つまり、傾斜道路Ｒへの車イス等の進入角λは一定ではない。従って、地図データに登録された傾斜道路の勾配角に単純に測距センサの向きを合わせるだけでは、正しい測距をすることができないという課題がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、傾斜道路に突入した時点からより正確な計測を行うことができる電子装置および計測センサの計測方向の調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子装置は、移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、前記移動体の進行方向を検出する方向検出手段と、前記移動体の進行方向に存在する物体までの距離を計測する計測手段と、前記検出された現在位置と進行方向、および、地図データに基づき、移動体の進行方向の傾斜道路の有無を検出する傾斜道路検出手段と、前記傾斜道路が検出された場合に、移動体が前記傾斜道路に突入するときの進入角を判定する判定手段と、前記判定された進入角に応じた前記傾斜道路の勾配角を算出する算出手段と、前記算出された勾配角に基づき前記計測手段の計測方向を調整する調整手段とを有する。

ある実施態様では、前記調整手段は、移動体が前記傾斜道路に突入する時点よりも前に前記計測手段の計測方向を調整する。ある実施態様では、前記地図データは、勾配角θを表す傾斜情報を含む道路リンクを有し、前記傾斜道路検出手段は、前記傾斜情報に基づき傾斜道路を検出する。ある実施態様では、ある実施態様では、前記傾斜情報は、勾配角θと勾配距離Ｌとを含み、算出手段は、勾配角θ、勾配距離Ｌ、進入角λに基づき、次式に従い進入角に応じた勾配角φを算出する。ある実施態様では、移動体は、車イスである。ある実施態様では、電子装置はさらに、前記計測手段の計測結果に基づき物体の存在を報知する報知手段を含む。

本発明に係る、移動体に搭載された物体までの距離を計測する計測センサの計測方向を調整する調整方法は、移動体の進行方向に傾斜道路があるか否かを検出するステップと、前記傾斜道路が検出された場合、移動体が前記傾斜道路に突入するときの進行角を判定するステップと、判定された進行角に応じた前記傾斜道路の勾配角を算出するステップと、算出された勾配角に基づき、移動体が前記傾斜道路に突入する前に、前記算出された勾配角に基づき前記計測センサの計測方向を調整するステップとを含む。

本発明によれば、傾斜道路に突入した時点で傾斜道路の勾配に応じた計測方向で物体の計測を行うことができる。また、傾斜道路への進入角を考慮することで、より正確な計測を行うことができる。

車イスに搭載された測距センサの角度を坂道の勾配に合わせる例を説明する図である図２（Ａ）は、自動車が坂道を走行するときの進行方向を説明する図、図２（Ｂ）は、車イスが坂道を走行するときの進行方向を説明する図である。本発明の実施例に係る車イスに搭載される車載装置の一例を示す図である。本発明の実施例に係る車載装置の電気的な構成を示すブロック図である。バリアフリーマップに利用される地図データの一例を示す図である。本発明の実施例に係る調整プログラムの機能的な構成を示す図である。傾斜道路を模式的に示す図である。本発明の実施例に係る測距センサの計測方向の調整動作を示すフローチャートである。本実施例による測距センサの計測方向の調整タイミングを説明する図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る電子装置は、移動体に固定的に搭載される車載装置であってもよいし、移動体から取り外し可能な車載装置であってもよい。また、本発明に係る電子装置は、ユーザーが移動体に持ち運び可能な携帯型の情報端末（例えば、スマートフォン等の多機能型携帯電話機やノート型のコンピュータ）であることができる。また、電子装置が搭載される移動体は、歩行者と同様の空間を走行可能なものであり、例えば、車イス（電動または手動）、自転車などである。

本発明の実施例に係る車載装置と移動体の例を図３に示す。同図に示すように、本実施例の車載装置１００は、バッテリー駆動される電動型の車イス１０において使用可能であり、車載装置１０は、車イス１０に搭載され、あるいはユーザーが所持する携帯端末である。また、車イス１０には、進行方向の物体を検知する検知手段３０が取り付けられる。測距センサ１３０は、計測方向Ｃに向けて送信波を照射し、送信波が物体で反射されたときの受信波を受信し、その時間差から物体までの距離を計測する。測距センサ１３０の検出結果は、車イスの走行を支援するための情報としてユーザーに提示される。

図４は、車載装置１００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、車載装置１００は、ユーザーからの指示を受け取る入力部１１０、車イス１０の現在位置を検出する位置検出部１２０、車イスの前方または進行方向に存在する障害物等の物体までの距離を計測する測距センサ１３０、加速度センサや角速度センサなどの慣性センサ１４０、車イスの現在位置周辺の道路案内や目的地までの経路案内を行うナビゲーション部１５０、外部のネットワーク等との通信を行う通信部１６０、ナビゲーション部１５０による案内音声等を出力する音声出力部１７０、ナビゲーション部１５０による道路地図等を表示する表示部１８０、車載装置１００に必要な地図データやソフトウエア等を記憶する記憶部１９０、測距センサ１３０の計測方向（向き）Ｃを調整するためのアクチュエータ部（駆動部）２００、各部を制御する制御部２１０を含んで構成される。なお、ここに示す構成は一例であり、例えば、車載装置１００がスマートフォンであるならば、車載装置１００は、音声通話機能を含むことになる。

位置検出部１２０は、ＧＰＳ受信機能を備え、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に基づき車イスの現在位置を検出する。また、位置検出部１２０は、慣性センサ１４０の検出結果を併用して現在位置を検出することも可能である。

測距センサ１３０は、例えば、ソナーやレーダにより構成され、障害物やその他の対象物に電波を発し、その反射波を受信することで、対象物までの距離を計測する。計測結果は、制御部２００へ提供され、制御部２００は、例えば、対象物までの距離が一定以下であるとき、ユーザーに警告を与える。あるいは、制御部２００は、車イスの自動運転のための必要な情報として測距センサ１３０の検出結果を利用する。さらに測距センサ１３０が電波を発する方向の基準となる計測方向Ｃは、アクチュエータ部２００によって調整可能であり、後述するように、傾斜道路の勾配角や傾斜道路に突入するときの進入角に応じて計測方向Ｃが調整される。

ナビゲーション部１５０は、位置検出部１２０により検出された車イス１０の現在位置周辺の地図データを読出し、読み出した地図データを表示部１８０に表示させる。地図データは、図５に示すように、道路に関するリンクデータ１５２、交差点等に関するノードデータ１５４、施設データ１５６等を含む。リンクデータ１５２には、車両が走行する道路に加え、車イス等が走行する歩道も含まれる。リンクデータ１５２は、リンクの識別、リンクの始点および終点の座標、リンクの方角、道路種別、車線数等の情報などに加え、リンクが傾斜道路であるか否かを示す傾斜識別１５７、リンクが段差を含むか否かを示す段差識別１５８を含む。

傾斜道路である場合には、傾斜情報として、傾斜道路の勾配を表す勾配角θ（例えば、０°、１０°、１５°）と、リンクの勾配距離Ｌとを含む。道路に段差がある場合には、段差情報として、段差の大きさを表す情報が含まれる。車イスで走行する場合には、道路に傾斜があるか否か、段差があるか否かは、非常に重要な情報であり、ナビゲーション部１５０は、現在位置周辺の道路に、傾斜情報や段差情報を表示したり、あるいは目的地までの経路を探索するときに、傾斜や段差のないバリアフリーな道路を探索することができる。

通信部１６０は、例えば、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、近距離無線通信、公衆無線回線網等を介して外部機器あるいは外部ネットワーク等との通信を可能にする。ナビゲーション部１５０は、通信部１６０を介して、地図データを配信するサーバにアクセスし、そこから地図データを取得することも可能である。アクチュエータ部２００は、後述するように、進行方向に傾斜道路が検出されたとき、制御部２１０からの制御により測距センサ１３０の計測方向Ｃの調整を行う。

制御部２１０は、好ましい態様では、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコントローラ等から構成され、ＲＯＭまたはＲＡＭは、車載装置１００の動作を制御するための種々のプログラムを格納することができる。また、本実施例では、制御部２１０は、車イスの走行状態に応じて測距センサ１３０の計測方向Ｃを調整する調整プログラムを実行する。

図５に、調整プログラムの機能的な構成を示す。本実施例の調整プログラム３００は、進行方向に傾斜道路が存在するか否かを検出する傾斜道路検出部３１０と、傾斜道路へ突入するときの進入角を判定する進入角判定部３２０と、進入角に応じて傾斜道路の勾配角を算出する勾配角算出部３３０と、勾配角算出部３３０により算出された勾配角に応じて測距センサ１３０の計測方向Ｃを調整するセンサ方向調整部３４０とを含む。

傾斜道路検出部３１０は、地図データおよび位置検出部１２０の検出結果に基づき、車イスが走行している道路を特定し、現在位置から一定範囲内の進行方向に傾斜道路が存在するか否かを検出する。進行方向は、車イスが現在走行している道路と同じ種別の道路またはそれを直進する道路、あるいはナビゲーション部１５０によって目的地までの経路が探索されている場合には、その経路である。上記したように、リンクデータ１５２には、傾斜識別１５７が含まれており、傾斜道路検出部３１０は、進行方向のリンクデータ１５２の傾斜識別１５７により傾斜道路の有無を検出する。

進入角判定部３２０は、傾斜道路検出部３１０により進行方向に傾斜道路が検出されたとき、傾斜道路へ突入するときの進入角を判定する。進入角の判定は、車イス１０の方位と、傾斜道路のリンクの方位との差から、車イスが傾斜道路に突入するときの進入角を判定する。車イスの方位は、例えば、慣性センサ１４０（角速度センサまたはジャイロセンサ）の検出結果から算出することができ、あるいはＧＰＳ信号により検出された現在位置のベクトル変化から算出することができる。また、傾斜道路の方位は、地図データに登録されているリンクの始点および終点の座標から算出されてもよいし、リンクデータの属性データとして格納されている方位データを利用するようにしてもよい。なお、進入角判定部３２０により判定されるときの車イス１０の方位は、傾斜道路に突入するときの方位であると推定される。

勾配角算出部３３０は、進入角判定部３２０により判定された進入角に応じた傾斜道路の実際の勾配角を算出し、地図データ上の勾配角を補正する。図７は、傾斜道路を模式的に示した図である。図中、Ｌは、地図データに登録されている傾斜道路Ｒの勾配距離、θは、地図データに登録されている傾斜道路Ｒの勾配角、λは、傾斜道路Ｒに対する進入角、φは、進入角λで傾斜道路Ｒに進入したときの実際の勾配角、を表している。Ｌ、θ、λは既知であり、勾配角補正部３３０は、次式に従い、実際の勾配角φを算出する。

センサ方向調整部３４０は、勾配角算出部３３０により算出された勾配角φに基づき、アクチュエータ部２００を介して、測距センサ１３０の計測方向Ｃを調整する。好ましくは、センサ方向調整部３４０は、車イス１０が傾斜道路にさしかかる直前で、算出した勾配角度分だけ測距センサ１３０の向きを調整する。センサ方向調整部３４０は、車イス１０に車速センサが取り付けられている場合には、その車速センサの速度情報を用い、あるいは、ＧＰＳ信号により検出された現在位置の変化量から速度情報を算出し、車イスの現在位置から傾斜道路の始点までの距離を速度で除することで、車イスが傾斜道路に突入する時間を予測し、その予測時間の直前に測距センサ１３０の調整を行う。

図８は、測距センサ１３０の計測方向Ｃの調整動作を示すフロー、図９は、測距センサの計測方向Ｃの調整タイミングを示す図である。先ず、車イス１０の走行に伴い、位置検出部１２０により車イスの現在位置が検出され（Ｓ１００）、ナビゲーション部１５０は、現在位置周辺の地図データを読出し、これを表示部１８０に表示させる（Ｓ１０２）。このとき、傾斜情報や段差情報を道路上に同時に表示させるようにしてもよい。

次に、傾斜道路検出部３１０は、車イスの進行方向に傾斜道路Ｒが存在するか否かを監視し（Ｓ１０４）、傾斜道路Ｒが検出されると、進入角判定部３２０は、車イスが傾斜道路Ｒに突入するときの進入角を判定する（Ｓ１０６）。図９の時刻Ｔ１が、傾斜道路Ｒの検出または進入角の判定のタイミングである。進入角が判定されると、勾配角算出部３３０は、判定された進入角に応じて、傾斜道路Ｒの実際の勾配角を算出する（Ｓ１０８）。

次に、センサ方向調整部３４０は、傾斜道路Ｒへの突入時間を予測し（図９の時刻Ｔ２）、車イス１０が時刻Ｔ２の直線の時刻Ｔａ、または傾斜道路Ｒの一定距離手前に到達したとき、アクチュエータ部２００を介して測距センサ１３０の計測方向を調整する（Ｓ１１０）。

このように本実施例によれば、車イスが傾斜道路に突入する直前に測距センサ１３０の計測方向Ｃを調整するため、傾斜道路に突入した時点で測距を行うことができる。また、計測方向Ｃは、傾斜道路への進入角に応じた実際の勾配角φに調整されるため、傾斜道路の走行中に正確な測距を行うことができる。

従来の場合、慣性センサによる「傾斜道路の判定＋勾配角推定時間」が正しい測距をすることができないロスタイムとなるが、本実施例では、事前に進入角を判定し、坂道に突入する直前に測距センサの角度を調整するため、このロスタイムがゼロになる。さらに、坂道に対する進入角差（道路の進行方向との差）を考慮するため、測距センサのより精度の高い角度設定が可能となる。

例えば、電動車イスが、時速２[km/h]の走行で計算すると、坂道勾配の走行に要する推定時間は、１６１８[ms]である。
例えば、測距センサの設置位置が地上高１２０[mm]として上り勾配＝10[°]を、水平に測距すると、６９１[mm]先で地面を検出してしまい、１６１８[ms]の走行時間の間、６９１[mm]より先の障害物が検知できないこととなる。
時速２[km/h]で１６１８[ms]移動すると、従来の方法では、８９８[mm](車両長分)進む間、正しい測距が出来なくなる
また、１０[m]の１０[°]勾配に対して、進入角３０[°]で突入した場合、従来の方法では、実際の勾配角φ≒４．９８[°]となり、約５．０２°の差分が生じる。本実施例では、この角度差に応じて測距センサの角度を即座に調整することができる。

なお、上記実施例では、移動体として電動型の車イスを例示したが、本発明、手動型の車イス、自転車、三輪車などの歩行者空間を走行可能な移動体に適用される。また、本発明は、自動車等が走行する道路に加え、車イス等が歩行者空間である歩道を走行する場合にも適用される。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１０：車イス１２：障害物
２０：自動車１００：車載装置
１１０：入力部１２０：位置検出部
１３０：測距センサ１４０：慣性センサ
１５０：ナビゲーション部１６０：通信部
１７０：音声出力部１８０：表示部
１９０：記憶部２００：アクチュエータ部
２１０：制御部

Claims

移動体の現在位置を検出する位置検出手段と、
前記移動体の進行方向を検出する方向検出手段と、
前記移動体の進行方向に存在する物体までの距離を計測する計測手段と、
前記検出された現在位置と進行方向、および、地図データに基づき、移動体の進行方向の傾斜道路の有無を検出する傾斜道路検出手段と、
前記傾斜道路が検出された場合に、移動体が前記傾斜道路に突入するときの進入角を判定する判定手段と、
前記判定された進入角に応じた前記傾斜道路の勾配角を算出する算出手段と、
前記算出された勾配角に基づき前記計測手段の計測方向を調整する調整手段と、
を有する電子装置。
前記調整手段は、移動体が前記傾斜道路に突入する時点よりも前に前記計測手段の計測方向を調整する、請求項１に記載の電子装置。
前記地図データは、勾配角θを表す傾斜情報を含む道路リンクを有し、前記傾斜道路検出手段は、前記傾斜情報に基づき傾斜道路を検出する、請求項１に記載の電子装置。
前記傾斜情報は、勾配角θと勾配距離Ｌとを含み、算出手段は、勾配角θ、勾配距離Ｌ、進入角λに基づき、次式に従い進入角に応じた勾配角φを算出する、請求項３に記載の電子装置。
移動体は、車イスである、請求項１または２に記載の電子装置。
電子装置はさらに、前記計測手段の計測結果に基づき物体の存在を報知する報知手段を含む、請求項１ないし５いずれか１つに記載の電子装置。
移動体に搭載された物体までの距離を計測する計測センサの計測方向を調整する調整方法であって、
移動体の進行方向に傾斜道路があるか否かを検出するステップと、
前記傾斜道路が検出された場合、移動体が前記傾斜道路に突入するときの進入角を判定するステップと、
判定された進入角に応じた前記傾斜道路の勾配角を算出するステップと、
算出された勾配角に基づき、移動体が前記傾斜道路に突入する前に、前記算出された勾配角に基づき前記計測センサの計測方向を調整するステップと、
を含む調整方法。