JP2020099200A - 電動車両の制御方法および電動車両 - Google Patents

電動車両の制御方法および電動車両 Download PDF

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健 安藤
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Noriaki Imaoka
紀章 今岡
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Hiroyuki Uematsu
弘幸 上松
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Abstract

【課題】カウンターでのモノのやりとりなど、障害物への接近時に緻密な操作を可能にするとともに、緻密さが要求される操作の中で操作の過失をした場合でも、壁やモノへの接触を回避する電動車両の制御方法を提供する。【解決手段】電動車両は、周囲の物体との距離に応じ停止する。操作手段により指示された方向に第１速度で移動し対象物に接近する場合、対象物との距離が第１停止距離となる位置で電動車両を一旦停止させる。その後、指示された方向である対象物の方向に移動する指示が一定時間継続する場合、第１速度より遅い第２速度に速度を切り替えて電動車両を対象物に接近させ、対象物との距離が第１停止距離よりも短い第２停止距離となる位置で電動車両を停止させる。第１停止距離となる位置で電動車両が停止する前の移動の指示と、第１停止距離となる位置で電動車両を一旦停止させた後さらに継続される際の移動の指示は、同じ操作手段により行う。【選択図】図２

Description

本発明は、自律型の電動車両の制御方法および電動車両に関するものである。
電動車両には、人が操作して移動するだけでなく、障害物検知センサにより障害物を検知して、電動車両を走行停止させる機能を有するものがある。ただし、過剰に障害物を検知し、電動車両の走行を停止していると、特定の対象物に接近したい場面において十分に対応できなくなる。そこで特に、緻密な操作が可能となる電動車両の走行制御方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この電動車両の走行制御方法では、障害物検知センサからの障害物の有無の情報を走行許可判断手段へ入力し、障害物が検知されている場合は、警報発報手段へ発報を指示するとともにモータ駆動手段へ動作停止指示をして、電動車両を一旦動作停止させ、障害物への衝突を回避させる。その後、次の操作指示を待ち、再度操作手段から障害物を検知中の方向を含む走行指示を受け付けた場合は、再度警報発報指示を警報発報手段へ送りつつ、走行許可（指示）をモータ駆動手段へ発し、走行を許可する。
また、上記の動作を実現するための電動車両の構成も示されている。従来技術における構成では、障害物検知センサが電動車両本体に設置され、座面の最前部に配置する構成が開示されている。
このような構成をとることによって、電動車両の前方にある障害物を検知して、一旦停止して衝突を回避することができ、再度障害物を検知した方向を含めて操作指示が行われた場合は、乗員への注意喚起を行いつつ動作を許可することによって、障害物の近傍迂回や離合、すれ違い、室内の壁際へ車体を収めると言った操作を容易にできるだけではなく、障害物検知手段の解除、特段の操作手順を踏まずとも、障害物近傍への走行を行うことができる。
特開２０１１−１７７２０５号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている電動車両の走行制御方法では、障害物の近傍迂回や離合、すれ違い、室内の壁際へ車体を収めると言った操作を容易に行える一方で、搭乗者の操作の過失により壁やモノへ接触する可能性もあり、安全性に関して懸念する要素も含まれる課題を有している。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、障害物への接近（カウンターでのモノのやりとり）などの緻密な操作を可能にするだけでなく、緻密さが要求される操作の中で操作の過失をした場合でも壁やモノへの接触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、本発明における電動車両の制御方法は、周囲の物体との距離に応じて停止する電動車両の制御方法であり、指示された情報に基づいて電動車両が第１速度で移動して対象物に接近する場合は、電動車両と対象物との距離が第１停止距離となる位置で電動車両を一旦停止させた後、第１速度より遅い第２速度に速度を切り替えて電動車両を対象物に接近させ、電動車両と対象物との距離が第１停止距離よりも短い第２停止距離となる位置で停止させることを特徴とする。
以上のように、本発明の電動車両によれば、障害物への接近（カウンターでのモノのやりとり）などの緻密な操作を可能にするだけでなく、緻密さが要求される操作の中で操作の過失をした場合でも壁やモノへの接触を回避することができ、安全な移動を継続することができる。
本発明の実施の形態１における電動車両の概要図 本実施の形態１における障害物の検知と電動車両の挙動に関するフローチャート 本実施の形態１における電動車両の挙動に関する概念図
以下、本発明の実施の形態について、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それぞれの構成要素を主体として、模式的に示している。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動車両１００の側面から見た概要図である。
本実施の形態１の電動車両１００は、図１に示すように、走行する方向と速度を搭乗者が指示するための操作手段１０１と、環境に存在する物体の方向と距離を算出する障害物検知センサ１０２と、操作手段１０１により入力された情報と障害物検知センサ１０２で検知された情報をもとに走行する方向と速度を決定する制御部１０３と、制御部１０３で決定された方向と速度で駆動する駆動部１０４と、電動車両１００の走行状態を提示する走行状態提示部１０５から構成される。
操作手段１０１は、搭乗者が電動車両１００の挙動を指示するためのものであり、走行方向を指示する走行方向指示手段とその方向への移動速度を指定する移動速度選択手段から成り、ジョイスティックが多く用いられる。操作手段１０１は電動車両１００の移動速度を推定するために用いることができるが、正確な移動速度を推定する場合には、電動車両１００の車輪などに設置されたエンコーダなどのセンサにより得られる情報を用いることができる。
障害物検知センサ１０２は、電動車両１００の周辺物体を検知するためにレーザを照射して周囲との距離を計測することで、周辺の障害物の位置と方向を算出することができる。具体的には、赤外線レーザ光により、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度スキャンし、その反射光が観察されるまでの時間に基づいて周囲の物体までの距離を検知する。
また、障害物検知センサ１０２は、障害物検知センサ１０２から得られる電動車両１００の周辺の壁などの環境情報と、事前に登録された自律的に走行する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の現在位置を推定するために用いる。そして、事前に登録された自律的に走行する経路において、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ができる。
制御部１０３は、操作手段１０１により指示された方向と速度Vから減速した場合に必要な制動距離L(V)を算出し、制動距離L(V)に移動速度に依存しない第一停止距離マージンΔL1を加算した第一停止距離L1（＝L(V)＋ΔL1）を算出する。そして、障害物検知センサ１０２で検知された障害物までの時刻tにおける距離l(t)が第一停止距離L1より大きい場合には、操作手段１０１により指示された方向に操作手段１０１により指示された速度で移動するための信号を駆動部１０４に出力する。前述の距離l(t)が第一停止距離L1以下である場合には、駆動部１０４の駆動を停止させる信号を駆動部１０４に出力し、電動車両１００を一旦停止させる。
次に、電動車両１００が停止した後に再度電動車両１００を移動したい場合には、障害物検知センサ１０２が検知する障害物の方向に操作手段１０１により移動の指示が入力され、障害物までの距離l(t)が第一停止距離マージンΔL1に操作手段１０１で指示された速度Vでの制動距離L（V）を加えたものより小さい場合に、操作手段１０１において指定された速度Vによらず事前に設定された一定速度V2で移動することを駆動部１０４に指示する。一定速度V2で操作手段１０１で指定された移動方向に移動する場合に、一定速度V2での制動距離L（V2）に移動速度に依存しない第二停止距離マージンΔL2を加算した第二停止距離L2（＝L（V2）＋ΔL2）を算出し、障害物検知センサ１０２で検知された障害物までの距離l(t)が第二停止距離L2以下である場合に、駆動部１０４の駆動を停止させる信号を駆動部１０４に指示する。発明者の試行錯誤的な実験の結果によると、第一停止距離マージンΔL1は、０．３ｍ≦ΔL1≦０．５ｍ、第二停止距離マージンΔL2は、０．０５ｍ≦ΔL2≦０．１ｍであることが望ましい。
ただし、一定速度V2は、移動効率の観点から考えると、できるだけ高速にすることが望ましい。具体的には、第二停止距離L2が一定速度V2と障害物検知センサ１０２のサンプリング時間間隔Δtsと制御部１０３から駆動部１０４への指示時間間隔Δtdの長い方の時間間隔Δtを乗算した距離V2×Δtより大きい条件を満足する中で、最も高速な速度に設定される。これは停止の判断が行われる距離よりも少し離れたところにある障害物が、１サンプリング後に停止領域に存在する場合でも安全に停止できるようにするための条件であり、以下の数１
Figure 2020099200
 を満足する中でV2やΔtを設定することになる。発明者の試行錯誤的な実験の結果によると、一定速度V2は、０．０５ｍ／ｓ≦V2≦０．１ｍ／ｓであることが望ましい。
駆動部１０４は、制御部１０３で決定された電動車両１００の挙動を実現するために、制御部１０３から指示された速度で制御部１０３から指示された方向に動くために必要な車輪、ギア、モータ、モータドライバ、バッテリなどから構成される。
走行状態提示部１０５は、走行の状態を光により搭乗者や周辺にいる人に提示するための装置である。ここでは、障害物検知センサ１０２で検知される物体までの距離l(t)が、三つの場合で点灯する照明の色や点滅により視覚的に状態を提示する。一つ目は、第一停止距離L1よりも大きい場合、二つ目は、第二停止距離L2より大きく、第一停止距離L1以下の場合、三つ目は、第二停止距離L2以下のときである。
次に、本発明の電動車両１００における障害物の検知と電動車両１００の挙動に関するフローチャートを図２、挙動に関する概念図を図３に示す。
まず、操作手段１０１により指示された方向に操作手段１０１により指示された速度Vで移動中に減速した場合に必要な制動距離L(V)を算出する（ステップＳ０１）。制動距離L(V)に移動している速度Vに依存しない第一停止距離マージンΔL1を加算した第一停止距離L1（＝L(V)＋ΔL1）を算出する（ステップＳ０２）。そして、障害物検知センサ１０２で検知された障害物２００までの時刻tにおける距離l(t)を算出する（ステップＳ０３）。障害物２００までの距離l(t)と算出した第一停止距離L1を比較し（ステップＳ０４）、障害物２００までの距離l(t)が第一停止距離L1より大きい場合には、操作手段１０１により指示された方向に操作手段１０１により指示された速度で移動するための信号を駆動部１０４に出力する（ステップＳ０５）。障害物２００までの距離l(t)が第一停止距離L1以下である場合には、駆動部１０４の駆動を停止させる信号を駆動部１０４に出力し、電動車両１００を一旦停止させる（ステップＳ０６）。ただし、電動車両１００が停止した後に障害物検知センサ１０２が検知する障害物２００の方向に操作手段１０１により移動の指示が一定時間継続して入力され、障害物２００までの距離l(t)が第一停止距離マージンΔL1に操作手段１０１で指示された速度Vでの制動距離L（V）を加えたものより小さい場合（ステップＳ０７）に、操作手段１０１において指定された速度Vによらず事前に設定された一定速度V2で移動することを駆動部１０４に指示する（ステップＳ０８）。ただし、発明者の試行錯誤的な実験の結果によると、一定時間が０．５秒から１秒が望ましい。
さらに、一定速度V2で操作手段１０１で指定された移動方向に移動する場合に、一定速度V2での制動距離L（V2）に移動速度に依存しない第二停止距離マージンΔL2を加算した第二停止距離L2（＝L（V2）＋ΔL2）を算出する（ステップＳ０９）。障害物検知センサ１０２で検知された障害物２００までの距離l(t)が第二停止距離L2とを比較し（ステップＳ１０）、障害物２００までの距離l(t)が第二停止距離L2以下である場合に、駆動部１０４の駆動を停止させる信号を駆動部１０４に指示し、電動車両１００をモノに最接近した状態で停止する（ステップＳ１１）。また、障害物２００までの距離l(t)が第二停止距離L2よりも大きい場合は、再び、ステップＳ０８以降の処理を行う。
発明者らの試行錯誤的な実験および評価によると、操作性と安心安全性を両立の観点から第１停止距離は０．５〜３ｍ、第２停止距離は０．０５〜１ｍとすることが望ましい。
なお、障害物検知センサ１０２としてＴＯＦ（Time-of-Flight）センサを用いてもよい。この場合、レーザセンサを用いる場合と比較し、電動車両１００のコストを低下させることができる。
なお、障害物検知センサ１０２としてステレオカメラを用いてもよい。この場合、奥行き情報に加え、色情報なども取得できるため、使用者や障害物２００についてより詳細な情報を取得し、精度の高い個人認識や的確な障害物２００回避を実現することができる。
なお、障害物検知センサ１０２は、走行環境に設置されている監視カメラなどのように電動車両１００に搭載されていないセンサを用いても良い。これにより電動車両１００のコストを低下させることができるとともに、電動車両１００からは直接検出することができない障害物２００なども事前に把握することができる。
なお、第１停止距離Ｌ１は可変としても良い。例えば、対象物から離れる場合の第１停止距離（第３停止距離）は、対象物に近づく場合の第１停止距離よりも長くなるようにすることができる。これにより第１停止距離近傍で電動車両１００が停止もしくは移動する際に、走行状態提示部１０５から発生する情報が頻繁に変化することを防ぐことができ、使用者や周辺者に対して電動車両１００の状態を適切に伝えることができる。
なお、走行状態提示部１０５は、聴覚情報を用いてもよい。これにより接触する可能性がある人や搭乗者に効果的にアラームを提示することができる。
なお、走行状態提示部１０５は、操作手段１０１への力や振動といった触覚情報を用いてもよい。これにより騒音が大きい環境などにおいても効果的に搭乗者にアラームを提示することができる。
２０１７年４月１３日出願の特願２０１７−０７９３３２の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明の電動車両は、介護や福祉分野など屋内外の移動が必要な領域で有用である。
１００ 電動車両
１０１ 操作手段
１０２ 障害物検知センサ
１０３ 制御部
１０４ 駆動部
１０５ 走行状態提示部
２００ 障害物
上記目的を達成するために、本発明における電動車両の制御方法は、周囲の物体との距離に応じて停止する電動車両の制御方法であって、操作手段からの移動方向の情報を含む指示の入力に基づき、前記移動方向である対象物の方向へ前記電動車両を移動させることで、第１速度で前記電動車両を前記対象物に接近させる第１ステップと、前記操作手段からの前記指示が前記第１ステップから継続して入力されるとき、前記電動車両と前記対象物との距離が第１停止距離となる位置で、前記電動車両を一旦停止させる第２ステップと、前記操作手段からの前記指示が前記第２ステップから継続して、前記一旦停止後さらに一定時間入力されるとき、前記第１速度より遅い第２速度で前記電動車両を前記対象物に接近させる第３ステップと、前記操作手段からの前記指示が前記第３ステップから継続して入力されるとき、前記電動車両と前記対象物との距離が前記第１停止距離よりも短い第２停止距離となる位置で、前記電動車両を停止させる第４ステップと、を有する。

Claims (12)

  1. 周囲の物体との距離に応じて停止する電動車両の制御方法であって、
    指示された情報に基づいて前記電動車両が指示された方向に第１速度で移動して対象物に接近する場合は、前記電動車両と前記対象物との距離が第１停止距離となる位置で前記電動車両を一旦停止させ、
    その後、前記指示された方向である前記対象物の方向に移動する指示が一定時間継続する場合、前記第１速度より遅い第２速度に速度を切り替えて前記電動車両を前記対象物に接近させ、前記電動車両と前記対象物との距離が前記第１停止距離よりも短い第２停止距離となる位置で停止させ、
    前記第１停止距離となる位置で前記電動車両が停止する前の移動の指示と、前記第１停止距離となる位置で前記電動車両を一旦停止させた後さらに継続される移動の指示とは、前記電動車両における同じ操作手段によって行われる、
    電動車両の制御方法。
  2. 指示された情報に基づいて前記電動車両が前記対象物から離れる場合は、前記電動車両と前記対象物との距離が前記第１停止距離となる位置までは前記電動車両を前記第２速度で移動させた後、前記第１停止距離となる位置で前記電動車両を停止させずに前記第１速度に速度を切り替えて前記電動車両を移動させる、
    請求項１に記載の電動車両の制御方法。
  3. 前記第１停止距離は可変であり、前記対象物から前記電動車両が離れる場合の前記第１停止距離は、前記電動車両が前記対象物に近づく場合の前記第１停止距離よりも長い、
    請求項２に記載の電動車両の制御方法。
  4. 前記第１停止距離となる位置で前記電動車両を一旦停止させた後さらに継続される指示は、前記電動車両の速度の情報を含む、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  5. 前記第２速度は、前記電動車両と前記対象物との距離が前記第１停止距離となる位置で前記電動車両を一旦停止させた後、さらに継続される指示に含まれる速度の情報に基づかない速度である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  6. 前記電動車両には走行状態を提示する走行状態提示部が設けられており、前記第１速度で前記電動車両が移動する時と前記第２速度で前記電動車両が移動する時とで、前記走行状態提示部の提示内容が異なる、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  7. 前記走行状態提示部は、音の発生により走行状態を聴覚的に提示する、
    請求項６に記載の電動車両の制御方法。
  8. 前記走行状態提示部は、照明の点灯または点滅または色の変化により走行状態を視覚的に提示する、
    請求項６に記載の電動車両の制御方法。
  9. 前記一定時間は、０．５秒から１秒である、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  10. 前期第１停止距離は０．５ｍ以上３ｍ以下である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  11. 前期第２停止距離は０．０５ｍ以上１ｍ以下である、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電動車両の制御方法。
  12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載された制御方法で制御を行う制御部を備えた電動車両。
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