JP7049585B2

JP7049585B2 - 主導モビリティ、追従モビリティ、及びグループ走行制御システム

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Publication number: JP7049585B2
Application number: JP2018206498A
Authority: JP
Inventors: 剛史釜; 佑輔原; 寛平岩; 孝広志賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2022-04-07
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: US11216010B2; US20200142429A1; JP2020069952A; CN111137391B; EP3647895B1; EP3647895A1; CN111137391A

Description

本発明は、主導モビリティ、追従モビリティ、及びグループ走行制御システムに関する。

自動車よりコンパクトで小回りが利き、ユーザの手軽な移動手段となる１人～２人乗りの車両（いわゆる超小型モビリティ）が種々提案されている。例えば、特許文献１には、超小型モビリティの一例として、立位のまま乗車し、ユーザが操縦する倒立型移動体が開示されている。ユーザは、ハンドル操作や、重心位置の移動、ステップの傾きを変化させるなどの動作によって倒立型移動体の進行方向を制御することが可能となる。

特開２０１６－７８７１９号公報

このような超小型モビリティは、幅広い世代に対して新たな交通手段を提供するものであるから、観光地などにおいては積極的な導入が進められている。ある観光地においては、親子や団体の観光客に対し、名所や遺跡を巡る移動手段として超小型モビリティを貸し出すことが試みられている。しかしながら、例えば親子がそれぞれ別の超小型モビリティに乗車した場合には、子供は自由に移動できてしまうため、親としては、子供が逸れてしまわないか、あるいは勝手に危険な場所に行ってしまわないか等に気を配る必要があり、観光を十分に楽しむことができないという問題があった。

本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、モビリティ間で主従関係を設定しつつ、主たるモビリティが、従たるモビリティに対して移動に係る自由度を設定することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る主導モビリティは、１台以上の追従モビリティを追従走行させる主導モビリティであって、追従モビリティの移動に係る自由度を設定する自由度設定部と、設定された自由度を追従モビリティに送信する送信部とを具備することを要旨とする。

本発明の他の態様に係る追従モビリティは、主導モビリティに対して、追従走行する追従モビリティであって、主導モビリティから、移動に係る自由度を受信する受信部と、受信した自由度に従い、自機の移動を制御する移動制御部とを具備することを要旨とする。

本発明の他の態様に係るグループ走行制御システムは、主導モビリティと、主導モビリティに対して追従走行する１台以上の追従モビリティとを具備するグループ走行制御システムであって、主導モビリティは、追従モビリティの移動に係る自由度を設定する自由度設定部と、設定された自由度を追従モビリティに送信する送信部とを備え、追従モビリティは、主導モビリティから、自由度を受信する受信部と、受信した自由度に従い、自機の移動を制御する移動制御部とを備えることを要旨とする。

本発明によれば、モビリティ間で主従関係を設定しつつ、主たるモビリティが、従たるモビリティに対して移動に係る自由度を設定することが可能となる。

本実施形態に係るグループ走行制御システムの概念図である。ペアレント車両及びワーカー車両の外観図である。ペアレント車両のシステム構成を示すブロック図である。グループ管理データベースの登録内容を例示した図である。自由度管理テーブルの登録内容を例示した図である。ワーカー車両の移動範囲を例示した図である。ワーカー車両のシステム構成を示すブロック図である。ペアレント車両の動作処理を示すフローチャートである。ワーカー車両の動作処理を示すフローチャートである。変形例に係る車両の外観図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

Ａ．本実施形態
Ａ－１．概要
図１は、本実施形態に係るグループ走行制御システム１０００の概念図である。
図１では、一台の車両が主導車両Ｖｐ（以下、ペアレント車両）となり、他の車両が追従車両Ｖｗ（以下、ワーカー車両）となって走行する場合を示している。もっとも、ペアレント車両Ｖｐやワーカー車両Ｖｗの台数は、特に制限されるものではなく、１台または複数台であってもよい。本実施形態では、車両として、いわゆる一人乗り用の超小型モビリティ（図１では倒立型移動体）を想定するが、これに限定する趣旨ではない。また、本システム１０００は、例えば親がペアレント車両Ｖｐを運転し、子供がワーカー車両Ｖｗを運転するケースや、例えばツアーガイドがペアレント車両Ｖｐを運転し、ツアー参加者がワーカー車両Ｖｗを運転するケースなどを想定するが、どのようなケースで利用するかは任意である。

グループ走行制御システム１０００においては、ペアレント車両Ｖｐとワーカー車両Ｖｗとの間で主従関係の設定が可能となっており、ペアレント車両Ｖｐは、ワーカー車両Ｖｗの移動に係る自由度を設定（すなわち、移動を制限）することが可能となっている（詳細は後述）。ワーカー車両Ｖｗは、ペアレント車両Ｖｐに完全に追従するのではなく、ペアレント車両Ｖｐに追従しつつも、設定された移動に係る自由度（以下、単に「自由度」ともいう。）の範囲で自由に移動できる。以下の説明では、ペアレント車両Ｖｐとワーカー車両Ｖｗとの間で主従関係が設定され、ワーカー車両Ｖｗの自由度が設定された状態で走行することを「グループ走行」と呼ぶ。

Ａ－２．車両の外観構成
図２は、ペアレント車両Ｖｐ及びワーカー車両Ｖｗの外観図である。ペアレント車両Ｖｐ及びワーカー車両Ｖｗを特に区別する必要がない場合には、車両Ｖと呼ぶ。
車両Ｖは、一対の車輪１４０を個別に制御して倒立状態を維持しつつ、移動可能とする同軸二輪車である。
車両Ｖは、車両本体１１０と、車両本体１１０に取り付けられ、ユーザが搭乗する左右一対のステップ部１２０と、車両本体１１０に傾動可能に取り付けられ、ユーザが把持する操作ハンドル１３０と、車両本体１１０に回転可能に取り付けられた左右一対の車輪１４０と、車輪１４０を駆動する駆動部１５０とを備えている。

車両Ｖは、ユーザが重心を前後に移動して車両本体１１０の各ステップ部１２０を前後に傾斜させることで前後進が可能となる一方、ユーザが重心を左右に移動して車両本体１１０のステップ部１２０を左右に傾斜させることで左右旋回が可能となっている。

Ａ－３．ペアレント車両のシステム構成
図３は、ペアレント車両（主導モビリティ）Ｖｐのシステム構成を示すブロック図である。
駆動部１５０は、車両本体１１０に内蔵されており、電動モータや各種ギアを備えている。駆動部１５０は、制御装置２１０による制御のもと、車両Ｖを走行させるとともに、転倒しないように倒立制御を行う。

電源部１６０は、車両本体１１０に内蔵されており、リチウムイオン蓄電池などにより構成されている。電源部１６０は、車両Ｖを構成する各装置、その他の電子機器等に電力を供給する。

通信部１７０は、ワーカー車両Ｖｗとの間で無線による車車間通信を実現するためのものであり、無線ＬＡＮや携帯電話などの通信規格に準拠した送信機、受信機、通信インタフェースなどを備えて構成される。なお、ペアレント車両Ｖｐとワーカー車両Ｖｗとの間の無線通信は、直接的な車車間通信に限定する趣旨ではなく、中継局として機能する他車両との車車間通信や、中継局として機能する固定局との路車間通信、さらには中継局として機能する衛星局との地上－衛星通信を介した間接的な車車間通信であってもよい。なお、以下の説明では、便宜上、ペアレント車両Ｖｐに乗車するユーザを「ペアレント・ユーザ」と呼び、ワーカー車両Ｖｗに乗車するユーザを「ワーカー・ユーザ」と呼び、乗車する車両を限定しない場合は、単に「ユーザ」と呼ぶ。

入力部１８０は、操作ハンドル１３０の近傍に設けられ、操作ボタンや操作スイッチ、タッチパネル、さらには音声入力を可能とするための集音器などによって構成されている。ペアレント・ユーザは、入力部１８０を適宜操作することで、ワーカー車両Ｖｗの自由度の設定指示や、ワーカー車両Ｖｗに対する強制コマンド（後述）の生成指示を入力することが可能となる。また、ペアレント・ユーザは、本システム１０００の利用に先立ち、入力部１８０を適宜操作することで、自身が操縦する車両Ｖをペアレント車両Ｖｐとし、ワーカー・ユーザが操縦する車両Ｖをワーカー車両Ｖｗとする主従関係の設定を行う。かかる設定が行われると、ペアレント車両Ｖｐとワーカー車両Ｖｗとの間で主従関係の設定に必要な情報の授受が行われ、主従関係の内容等をあらわす情報が各車両Ｖのグループ管理データベースＤＢ１に格納される。

図４は、グループ管理データベースＤＢ１の登録内容を例示した図である。
図４に示すようにグループ管理データベースＤＢ１には、主従関係が構築されたグループを識別するためのグループＩＤと、ペアレント車両Ｖｐを識別するためのペアレントＩＤと、ワーカー車両Ｖｗを識別するためのワーカーＩＤと、設定されるワーカー車両Ｖｗの自由度とを対応付けたグループ管理テーブルＴＡ１が登録されている。自車両がペアレント車両Ｖｐに設定された場合には、自車両を識別するＩＤがペアレントＩＤとして登録される一方、自車両がワーカー車両Ｖｗとして設定された場合には、自車両を識別するＩＤがワーカーＩＤとして登録される。

センサ部１９０は、車両本体１１０に内蔵されており、姿勢センサ１９１、回転センサ１９２、車間距離センサ１９３、ＧＰＳセンサ１９４を含む様々な計測器によって構成されている。
姿勢センサ１９１は、車両本体１１０に設けられ、車両本体１１０や操作ハンドル１３０等の姿勢情報を検出し出力する。姿勢センサ１９１は、車両Ｖの走行時における姿勢情報を検出するもので、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサなどから構成される。ユーザが操作ハンドル１３０を前方または後方に傾けると、各ステップ部１２０が同方向に傾くことになるが、この姿勢センサ１９１は、かかる傾斜に対応した姿勢情報（いわゆる三次元姿勢角など）を検出する。姿勢センサ１９１は、検出した姿勢情報を制御装置２１０に出力する。

回転センサ１９２は、各車輪１４０などに夫々設けられ、各車輪１４０の回転角度、回転角速度、回転角加速度など回転情報を検出する。各回転センサ１９２は、例えば、ロータリーエンコーダ、レゾルバ、などで構成されている。各回転センサ１９２は、検出した回転情報を制御装置２１０に出力する。

車間距離センサ１９３は、車両本体１１０に設けられ、自車両と他車両との車間距離をあらわす車間距離情報を検出するものである。車間距離センサ１９３は、例えば、レーザレーダやミリ波レーダなどのレーダ装置を利用して車間距離情報を検出すると、検出した車間距離情報を制御装置２１０に出力する。

ＧＰＳセンサ１９４は、例えば、人工衛星を利用した位置情報計測システムの一部であり、多数のＧＰＳ衛星からの電波を受信することで、自車両の位置（経度・緯度・高度など）を測定し、位置情報として制御装置２１０に出力する。

報知部２００は、音を出力するスピーカ、警告灯を点灯／点滅させるライト、警告表示を行うディスプレイなどで構成されている。報知部２００は、制御装置２１０からの報知信号に基づき、ユーザに様々な情報を報知する。例えば、設定した自由度を、報知部２００を用いて報知してもよい。例えば、現時点で設定されている自由度を文字メッセージとしてディスプレイに表示する、あるいは現時点で設定されている自由度を音声メッセージとしてスピーカから出力するようにしてもよい。

制御装置２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ペアレント車両Ｖｐを中枢的に制御する。制御装置２１０は、駆動制御部２１１と、自由度設定部２１２と、強制コマンド生成部２１３とを備えている。

駆動制御部２１１は、車両Ｖに搭載された各種センサから出力される検出値に基づいて、駆動部１５０を制御するための制御信号を生成し、出力する。一例を挙げて説明すると、駆動制御部２１１は、姿勢センサ１９１から出力される姿勢情報や回転センサ１９２から出力される車輪１４０の回転情報等に基づき、所定の演算処理を実行することで、倒立状態を維持しつつ、所定の速度で移動するために必要な制御信号を生成する。そして、駆動制御部２１１は、生成した制御信号を駆動部１５０に出力する。

自由度設定部２１２は、入力部１８０から入力される自由度の設定指示に基づき、ワーカー車両Ｖｗの移動に係る自由度を設定し、グループ管理データベースＤＢ１に登録する。自由度設定部２１２は、設定した自由度を、ワーカー車両Ｖｗに送信する。なお、自由度設定部２１２は、ワーカー車両Ｖｗの自由度を設定すると、設定した自由度が守られているか（すなわち、ワーカー車両Ｖｗの移動が自由度の範囲で行われているか）を監視する。

図５は、自由度設定部２１２が保持する自由度管理テーブルＴＡ２の登録内容を例示した図である。
自由度管理テーブルＴＡ２には、設定可能な自由度ごとに、移動に係る各パラメータの許容値が登録されている。自由度は、例えば「０」から「１００」の間の数値で設定可能となっており、自由度「０」は最も制限が厳しく、原則、ワーカー車両Ｖｗは自由な移動が認められない（いわゆる、完全追従）。一方、自由度「１００」は、制限が何ら設けられておらず、原則、ワーカー車両Ｖｗは自由に移動することができる。なお、図５では、制限される移動に係るパラメータとして、移動距離、移動速度、移動加速度、移動範囲などを例示しているが、いかなるパラメータを利用し、いかなる許容値を設定するかは、システム設計などに応じて任意に設定・変更可能である。例えば、移動範囲を例に説明すると、図６のＡに示すように、略円形状に移動範囲Ａｍを設定するだけでなく、図６のＢに示すように、略扇形状に移動範囲Ａｍを設定する、あるいは図６のＣに示すように、略風車状に移動範囲Ａｍを設定してもよい。

強制コマンド生成部２１３は、ワーカー車両Ｖｗに設定されている自由度（「０」～「１００」）にかかわらず、ワーカー車両Ｖｗの移動を強制的に制御する強制コマンドを生成する。強制コマンドの例として、例えば他車両との衝突を防ぐために、緊急停止コマンドを生成するケースが挙げられるが、これに限る趣旨ではない。強制コマンド生成部２１３は、ペアレント・ユーザによって緊急停止すべき旨の指示が入力（例えば、「一斉停止！」等の音声入力）されると、入力された指示に従い、強制コマンドを生成し、主従関係にあるワーカー車両Ｖｗに送信する。なお、強制コマンドは、原則、主従関係にある全ワーカー車両Ｖｗを対象に送信すればよい。もっとも、主従関係にある特定のワーカー車両Ｖｗにのみ、強制コマンドを送信してもよい。

Ａ－４．ワーカー車両のシステム構成
図７は、ワーカー車両（追従モビリティ）Ｖｗのシステム構成を示すブロック図である。
図３に示すペアレント車両Ｖｐと比較して明らかなように、大部分の構成はペアレント車両Ｖｐと共通する。よって、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。

ワーカー車両Ｖｗの制御装置２１０には、図３に示す自由度設定部２１２及び強制コマンド生成部２１３の代わりに、移動制御部２１４が設けられている。
移動制御部２１４は、ペアレント車両Ｖｐから受信する自由度に従い、ワーカー車両Ｖｗの移動を制御する。移動制御部２１４には、前掲図５に示す自由度管理テーブルＴＡ２が登録されている。移動制御部２１４は、例えば、自由度が「６０」に設定されている場合には、移動距離、移動速度、移動加速度、移動範囲などの各パラメータについて、自由度「６０」で設定されている許容値を下回るように、ワーカー車両Ｖｗの移動を制御する。また、移動制御部２１４は、ペアレント車両Ｖｐから強制コマンドを受信すると、当該車両Ｖｗにいかなる自由度が設定されているかにかかわらず、受信した強制コマンドを最優先で実行する。例えば、緊急停止すべき旨の強制コマンドを受信した場合には、移動制御部２１４は、ブレーキ機構（図示略）などを作動させることにより、ワーカー車両Ｖｗを緊急停止する。

なお、ワーカー車両Ｖｗに設定されている自由度が確認できるように、ペアレント車両Ｖｐから受信する自由度を、報知部２００を用いて報知してもよい。例えば、現時点で設定されている自由度を文字メッセージとしてディスプレイに表示する、あるいは現時点で設定されている自由度を音声メッセージとしてスピーカから出力するようにしてもよい。

以下、ペアレント車両Ｖｐ及びワーカー車両Ｖｗのグループ走行に係る動作について説明する。前提として、ペアレント車両Ｖｐとワーカー車両Ｖｗとの間で主従関係が設定されているものとする。

Ａ－５．ペアレント車両の動作
図８は、ペアレント車両Ｖｐの動作処理を示すフローチャートである。
ペアレント車両Ｖｐの制御装置２１０は、入力部１８０を介して自由度の設定指示または強制コマンドの生成指示が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１）。制御装置２１０は、いずれも入力されていないと判断すると（ステップＳ１；ＮＯ）、ステップＳ１の処理を繰り返し実行する。制御装置２１０は、ステップＳ１の処理を繰り返し実行している間に、自由度の設定指示または強制コマンドの生成指示が入力されたことを検知すると（ステップＳ１；ＹＥＳ）、入力内容が自由度の設定指示または強制コマンドの生成指示のいずれであるかを特定する（ステップＳ２）。

制御装置２１０は、入力内容が強制コマンドの生成指示であると判断すると、ステップＳ３に進み、ワーカー車両Ｖｗの移動を強制的に制御する強制コマンド（例えば、緊急停止すべき旨の強制コマンドなど）を生成し、ワーカー車両Ｖｗに送信して（ステップＳ４）、処理を終了する。

一方、制御装置２１０は、入力内容が自由度の設定指示であると判断すると、ステップＳ５に進み、ワーカー車両Ｖｗの移動に係る自由度（例えば、自由度「６０」など）を設定し、グループ管理データベースＤＢ１に登録する。そして、制御装置２１０は、設定した自由度をワーカー車両Ｖｗに送信し（ステップＳ４）、処理を終了する。

Ａ－６．ワーカー車両の動作
図９は、ワーカー車両Ｖｗの動作処理を示すフローチャートである。
ワーカー車両Ｖｗの制御装置２１０は、ペアレント車両Ｖｐから通信部１７０を介して自由度または強制コマンドを受信したか否かを判断する（ステップＳＡ１）。制御装置２１０は、いずれも受信していないと判断すると（ステップＳＡ１；ＮＯ）、ステップＳＡ１の処理を繰り返し実行する。制御装置２１０は、ステップＳ１の処理を繰り返し実行している間に、自由度または強制コマンドのいずれかを受信すると（ステップＳＡ１；ＹＥＳ）、受信内容が自由度または強制コマンドのいずれであるかを特定する（ステップＳＡ２）。

制御装置２１０は、受信内容が強制コマンドであると判断すると、ステップＳＡ３に進み、強制コマンドに従った動作（例えば、ワーカー車両Ｖｗの緊急停止など）を行い、処理を終了する。

一方、制御装置２１０は、受信内容が自由度であると判断すると、ステップＳＡ４に進み、ワーカー車両Ｖｗの移動を規制する。例えば、受信内容が自由度「６０」から「３０」への変更を指示するものであれば、制御装置２１０は、変更後の自由度「３０」で設定されている各パラメータの許容値を下回るように、ワーカー車両Ｖｗの移動を制御し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ワーカー車両Ｖｗとの間で主従関係を設定したペアレント車両Ｖｐは、ワーカー車両Ｖｗの移動に係る自由度を設定することが可能となる。一方、自由度が設定されたワーカー車両Ｖｗは、ペアレント車両Ｖｐに完全に追従することを強いられるのではなく、ペアレント車両Ｖｐに追従しつつも、設定された自由度の範囲で自由に移動することができる。このため、ワーカー車両Ｖｗを操縦するユーザは、自由度の範囲で主体的に移動経路を決定等することができ、ワーカー車両Ｖｗで移動する楽しみを享受することができる。

Ｂ．変形例
上述した実施形態では、ペアレント・ユーザによる入力操作に応じて、ワーカー車両Ｖｗの自由度をマニュアルで設定・変更したが、これに代えて（あるいは加えて）、センサ部１９０の検知結果に応じて、ワーカー車両Ｖｗの自由度を自動で設定・変更してもよい。

例えば、センサ部１９０のＧＰＳセンサ１９４によって検知される位置情報から、平坦な地形から起伏に富んだ地形に変化したことが判明すると、ペアレント車両Ｖｐの自由度設定部２１２は、ワーカー車両Ｖｗの移動制限を厳しくするべく、設定されている自由度を高い値から低い値に変更（例えば、「５０」から「２５」など）に変更する。かかる構成によれば、より安全にグループ走行を実現することが可能となる。

また、上述した本実施形態では、車両Ｖの一例としてユーザが立位のまま乗車し、操縦する倒立型移動体を例示したが、これに限る趣旨ではない。図１０は、変形例に係る車両Ｖの外観図である。
車両Ｖは、車両本体３１０と、車両本体３１０に取り付けられユーザが座る座席ユニット３２０と、ユーザが把持して運転を可能にする操作ユニット３３０と、車両本体３１０に回転可能に取り付けられた４つの駆動車輪３４０とを備えている。

変形例に係る車両Ｖは、例えば、１人又は２人乗りの小型の車両であり、ユーザが自ら車両Ｖを操作することが可能となっている。本変形例に適用される車両Ｖは、超小型モビリティに限定されず、普通自動車など、超小型モビリティ以外の自動車を含んでもよい。また、車輪の数も特に制限されない。さらに、本発明の適用対象は、自動二輪車や自動車などの車両に限る趣旨ではなく、車輪を備えていない様々なタイプのモビリティ（ボートや飛行体など）にも適用可能である。

Ｃ．その他
本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。例えば、上述した各処理ステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更し、または並列に実行することができる。

また、本明細書において、「部」とは、単に物理的構成を意味するものではなく、その「部」が実行する処理をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」が実行する処理を２つ以上の物理的構成や装置により実現されても、２つ以上の「部」が実行する処理を１つの物理的手段や装置により実現されてもよい。

Ｖｐ…ペアレント車両、Ｖｗ…ワーカー車両、Ｖ…車両、１１０…車両本体、１２０…ステップ部、１３０…操作ハンドル、１４０…車輪、１５０…駆動部、１６０…電源部、１７０…通信部、１８０…入力部、１９０…センサ部、１９１…姿勢センサ、１９２…回転センサ、１９３…車間距離センサ、１９４…ＧＰＳセンサ、２００…報知部、２１０…制御装置、２１１…駆動制御部、２１２…自由度設定部、２１３…強制コマンド生成部、２１４…移動制御部、ＤＢ１…グループ管理データベース、ＴＡ１…グループ管理テーブル、ＴＡ２…自由度管理テーブル。

Claims

自機に対して、１台以上の追従モビリティを追従走行させる主導モビリティであって、
前記追従モビリティの移動に係る自由度を設定する自由度設定部と、
設定された自由度を前記追従モビリティに送信する送信部と、
自機の周囲環境を検知するセンサ部と、を具備し、
設定される前記自由度には、前記追従モビリティの移動距離、移動速度、移動加速度、移動範囲の少なくとも１つ以上のパラメータの許容値が含まれ、
前記自由度設定部は、前記センサ部の検知結果に基づき、前記自由度を設定する、主導モビリティ。
前記追従モビリティに設定されている自由度にかかわらず、当該追従モビリティの移動を強制的に制御する強制コマンドを生成する生成部をさらに具備する、請求項１に記載の主導モビリティ。
主導モビリティに対して、追従走行する追従モビリティであって、
前記主導モビリティから、移動に係る自由度を受信する受信部と、
受信した自由度に従い、自機の移動を制御する移動制御部と、
受信した前記自由度を報知する報知部と
を具備する追従モビリティ。