衝突防止機能付き車両
【課題】障害物との衝突を防止しつつ、必要以上に車両の運動が制限されないことを可能とする。
【解決手段】 この車両は、入力された目標速度及び目標進行方向で車体５０が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する。そして、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正する。車体通過予測領域は、予め設定された車体モデル７０に基づいて算出され、その車体モデル７０は入力された目標速度及び目標進行方向に応じて変化する。
【解決手段】 この車両は、入力された目標速度及び目標進行方向で車体５０が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域と、障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する。そして、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正する。車体通過予測領域は、予め設定された車体モデル７０に基づいて算出され、その車体モデル７０は入力された目標速度及び目標進行方向に応じて変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両（例えば、電動車いす、ゴルフカート、シニアカー、台車、買い物カート等）に関する。詳しくは、障害物との衝突を防止する機能を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、衝突防止機能を備えた車両を開示する。この車両は、障害物を検知する障害物検知センサを備えている。この車両では、車体の周囲に障害物との衝突を考慮すべき対象領域が設定される。障害物検知センサが対象領域内に障害物が存在することを検知すると、制御装置は、検知された障害物と車体とが衝突する可能性があると判断し、その障害物と車体との距離に応じて速度を制限する。これによって、障害物との衝突の回避が容易となり、また、たとえ障害物と衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、車体の周囲に設定された対象領域内に障害物が存在するか否かによって、障害物と車体との衝突の可能性を判断する。車体と障害物との衝突を確実に防止するには、車体の周囲に設定される対象領域は広い方が好ましい。その一方、車体の周囲に設定される対象領域が広すぎると、車体と障害物との衝突の可能性が低い場合であっても速度が制限されてしまう。例えば、特許文献１の技術では、車両が障害物から離れる方向に移動しており、車体と障害物との衝突の可能性が低い場合であっても、車体と障害物との距離が近ければ、速度が制限されてしまう場合がある。したがって、車体と障害物との衝突を適切に判断して障害物との衝突を防止しつつ、必要以上に車両の運動が制限されない技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する車両は、車体の目標速度及び目標進行方向を入力する入力部と、障害物を検知する障害物検知部と、入力部へ入力された目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する車体通過予測領域算出部と、車体通過予測領域算出部で算出された車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する判定部と、判定部で車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する一方、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する制御部と、を備えている。そして、車体通過予測領域算出部は、予め設定された車体モデルに基づいて車体通過予測領域を算出し、その車体モデルが入力部への入力に応じて変化する。
【０００６】
この車両では、入力部への入力に基づいて車体通過予測領域が算出され、その車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置に基づいて、車体と障害物とが衝突するか否かが判定される。入力部への入力に基づいて車体通過予測領域を算出するため、車両が障害物から離れる方向に移動する場合には、車体と障害物とが衝突すると判定され難くなる。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。また、車体通過予測領域を算出するための車体モデルも、入力部への入力に応じて変化する。その結果、車両の運動（速度，進行方向）に応じて適切な車体モデルを用いて車体通過予測領域を算出することができる。したがって、車体と障害物との衝突を適切に判断して障害物との衝突を防止しつつ、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【０００７】
上記の車体モデルは、車体の前方に設定された前方マージンと、車体の後方に設定された後方マージンを有することができる。そして、入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が前進する場合は、車体モデルの前方マージンが後方マージンより大きくされ、また、入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が後進する場合は、車体モデルの後方マージンが前方マージンより大きくされていてもよい。ここで、前方マージンと後方マージンの一方は０としてもよく、このような場合であっても、車体モデルは前方マージンと後方マージンを有しているということができる。
【０００８】
このような構成では、車体モデルは前方マージンと後方マージンを有しているため、これらマージンの分だけ車体通過予測領域が広く算出される。このため、障害物検知部の検知結果に計測誤差が含まれていても、車体と障害物との衝突防止を適切に行うことができる。その一方、車体が前進する場合は前方マージンが後方マージンより大きくされ、車体が後進する場合は後方マージンが前方マージンより大きくされる。このため、車体の運動に応じて車体モデルが小さくなり、車体通過予測領域が広く算出され過ぎることを防止する。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【０００９】
また、上記の車体モデルは、車体の右側方に設定された右側方マージンと、車体の左側方に設定された左側方マージンを有することができる。そして、車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が反時計回りに旋回する場合は、車体モデルの左側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、車体モデルの右側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされてもよい。また、車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が時計回りに旋回する場合は、車体モデルの右側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、車体モデルの左側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされてもよい。
【００１０】
このような構成では、車体モデルが右側方マージンと左側方マージンを有する。このため、障害物検知部の検知結果に計測誤差が含まれていても、車体の側方における障害物との衝突の防止を適切に行うことができる。一方、車体が旋回するときは、その旋回方向に応じて右側方マージン及び左側方マージンが変化する。このため、車体の旋回方向に応じて車体通過予測領域が適切に算出され、車体通過予測領域が広く算出され過ぎることを防止する。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【００１１】
上記の車両において、制御部は、判定部によって車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向から決定される車体の軌道を変えることなく、車体の速度を減速することが好ましい。
【００１２】
このような構成によると、入力部への入力と異なる方向へ車両が移動してしまうことが防止される。すなわち、車両は入力部に入力された方向に移動しながら、車両の速度のみが減速される。このため、車両を運転者が運転している場合には、運転者の意図しない方向へ車両が移動しないため、運転者の違和感を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る車両を模式的に示す平面図。
【図２】本実施例に係る車両の制御系の構成を示すブロック図。
【図３】制御装置で実行される処理の手順を示すフローチャート。
【図４】操作部に入力された操作力から目標直進速度ｖｘ，目標横方向速度ｖｙを算出する手順を説明するための図。
【図５】障害物検知センサの検知結果の一例を示す図。
【図６】車両の合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを算出する手順を説明するための図。
【図７】車体通過予測領域を算出するために用いられる車体モデルを説明するための図。
【図８】車体通過予測領域を算出した一例を示す図。
【図９】図８に示す車体通過予測領域を用いた衝突判定の一例。
【図１０】図８に示す車体通過予測領域を用いた衝突判定の他の例。
【図１１】他の実施例に係る車両の車体モデルを説明するための図。
【図１２】他の実施例に係る車両の車体モデルを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施例） 本発明を具現化した一実施例に係る車両１０について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、車両１０は、前輪１２と、後輪１４と、前輪１２及び後輪１４が取付けられた車体５０を備えている。
【００１５】
前輪１２ａ，１２ｂは、車体５０の側面の前端側に取付けられている。前輪１２ａ，１２ｂは、駆動輪であり、モータ１８（図２に図示）に接続されている。モータ１８が回転すると、モータ１８の回転が前輪１２ａ，１２ｂにそれぞれ伝達される。前輪１２ａ，１２ｂが回転することで、車両１０は路面を走行することができる。後輪１４は、車体５０の幅方向中央の後端側に取付けられている。後輪１４は、操舵輪であり、操舵装置２０（図２に図示）に接続されている。操舵装置２０によって、後輪１４の操舵角が変更可能となっている。後輪１４の操舵角が変化することで、車両１０の進行方向が変化する。
【００１６】
車体５０には、障害物を検知する障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃが設置されている。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、２次元スキャン型の距離計測センサである。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、レーザ光を照射すると共に、その照射したレーザ光の反射光を検知可能となっている。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測範囲内（例えば、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃからの距離が３０．０ｍ以内）で、かつ、レーザ光を照射する方向に障害物が存在している場合は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃからレーザ光が照射されると、そのレーザ光が障害物で反射され、その反射光が障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃで検知される。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、レーザ光を照射してからレーザ光を検知するまでの時間によって、障害物までの距離を計測する。一方、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測範囲内に障害物が存在していない場合は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃから照射されたレーザ光は反射されず、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃでは反射光が検知されない。
【００１７】
障害物検知センサ１６ａは、車体５０の中央の前端側に設置されている。障害物検知センサ１６ａは、車体５０の前方の領域６０ａ内に障害物が存在するか否かを検知する。障害物検知センサ１６ｂは、車体５０の左側面の後端側に設置されている。障害物検知センサ１６ｂは、車体５０の左側方及び後方の領域６０ｂ内に障害物が存在するか否かを検知する。障害物検知センサ１６ｃは、車体５０の右側面の後端側に設置されている。障害物検知センサ１６ｃは、車体５０の右側方及び後方の領域６０ｃ内に障害物が存在するか否かを検知する。本実施例では、３つの障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃを設けることで、車体５０の周囲の障害物を漏れなく検出することができる。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、後述する制御装置３０に電気的に接続され、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの検知結果が制御装置３０（図２に図示）に入力されるようになっている。
【００１８】
上述した障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃには、例えば、ＳＩＣＫ社製のＬＭＳ２００や、北陽電機社製のＵＴＭ−３０ＬＸ等を用いることができる。なお、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃには、上記のレーザ光を利用した距離計測センサに限られず、他の方式（例えば、超音波等）を利用したものを用いることもできる。
【００１９】
図２に示すように、車両１０は制御装置３０を備えている。制御装置３０には、入力部２４と、モータ１８と、操舵装置２０と、上述した障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃがそれぞれ接続されている。
【００２０】
入力部２４は、車体５０に設置された運転者用シートの近傍に設置される。入力部２４は、運転者が操作するジョイステック２４ａと、ジョイステック２４ａに接続された操作力検出装置２４ｂを備えている。ジョイステック２４ａは、前後左右に傾けることができるように構成されている。運転者は、車両１０を前方に走行させたいときはジョイステック２４ａを前方に傾け、車両１０を後方に走行させたいときはジョイステック２４ａを後方に傾ける。また、車両１０を右側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを右側に傾け、車両１０を左側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを左側に傾ける。これによって運転者は、車両１０を所望の位置に移動させることができる。
【００２１】
操作力検出装置２４ｂは、ジョイステックの操作方向（すなわち、前後方向及び左右方向）毎に、ジョイステック２４ａに入力された力の大きさを検知する。操作力検出装置２４ｂで検出された力は、操作方向毎に電気信号に変換され、制御装置３０に入力される。操作力検出装置２４ｂには、公知の力センサを用いることができる。
【００２２】
なお、入力部２４は、上述した構成に限られず、種々の構成を採用することができる。例えば、本願出願人によって先に出願された特開２００９−２５４２２０号公報に開示された構成を採ることができる。また、アクセルペダルとハンドルによって、車体の目標速度及び目標進行方向を入力するようにしてもよい。
【００２３】
モータ１８は、制御装置３０と電気的に接続されている。モータ１８は、制御装置３０から入力される制御指令値にしたがって、前輪１２ａ，１２ｂを駆動する。モータ１８には、エンコーダ１９が設けられている。エンコーダ１９は、制御装置３０と電気的に接続されている。エンコーダ１９は、モータ１８の回転角速度（すなわち、前輪１２ａ，１２ｂの回転角速度）を検出する。エンコーダ１９が検出した前輪１２ａ，１２ｂの回転角速度は、制御装置３０に入力される。
【００２４】
操舵装置２０は、制御装置３０と電気的に接続されている。操舵装置２０は、制御装置３０から入力される制御指令値にしたがって、後輪１４の操舵角を変更する。操舵装置２０には、操舵角検出装置２２が設けられている。操舵角検出装置２２は、制御装置３０と電気的に接続されている。操舵角検出装置２２は、後輪１４の操舵角を検出する。操舵角検出装置２２が検出した後輪１４の操舵角は、制御装置３０に入力される。
【００２５】
制御装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたコンピュータによって構成されている。制御装置３０は、車体５０に設置されている。制御装置３０は、モータ１８と、エンコーダ１９と、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃと、操作力検出装置２４ｂと、操舵装置２０と、操舵角検出装置２２に電気的に接続されている。図２に示すように、制御装置３０は、その機能として、操作入力変換部３２と、車体通過予測領域算出部３４と、衝突判定部３６と、駆動制御部３８とを備えている。制御装置３０に備えられる各部３２，３４，３６，３８の機能については、後で詳述する。
【００２６】
次に、上述した車両１０の制御装置３０で行われる処理を、図３のフローチャートに従って説明する。制御装置３０は、所定の制御周期毎に、図３に示すステップＳ１０〜Ｓ３６の処理を繰り返し実行する。これにより、車両１０は路面を走行する。
【００２７】
図３に示すように、制御装置３０は、まず、操作力検出装置２４ｂから、運転者がジョイステック２４ａに入力している操作力の大きさと方向を取得する（Ｓ１０）。上述したように操作力検出装置２４ｂは、ジョイステック２４ａの操作方向毎に、ジョイステック２４ａに入力される操作力を検知している。このため、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。
【００２８】
次に、制御装置３０は、操作力検出装置２４ｂから取得した情報に基づいて、入力部２４に入力された操作力を変換して、入力された操作力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向を算出する（Ｓ１２）。具体的な算出手順を、図４を参照して説明する。
【００２９】
上述したように、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。このため、制御装置３０は、まず、取得した操作方向毎の操作力を合成し、その合力Ｆの大きさ｜Ｆ｜と方向θを算出する。ここで、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘを超えるときは、合力Ｆの大きさをＦｍａｘとする。一方、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘ以下となるときは、合力Ｆの大きさは修正されない。これによって、ジョイステック２４ａに過大な操作力（Ｆｍａｘを超える操作力）が入力されても、車両１０の速度が最大速度に制限される。
【００３０】
次に、制御装置３０は、合力Ｆの大きさと方向θから、車両１０の直進方向（ｘ方向）の目標速度ｖｘ（＝｜Ｆ｜ｃｏｓθ）と、直進方向に対して横方向（ｙ方向）の目標速度ｖｙ（＝｜Ｆ｜ｓｉｎθ）を算出する（図５参照）。これによって、入力部２４への入力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向が算出される。なお、本実施例では、直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙによって目標速度及び目標進行方向を表したが、目標速度及び目標進行方向は他のパラメータで与えることができる。
【００３１】
次に、制御装置３０は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃから検知結果を取得し（Ｓ１６）、取得した検知結果から障害物を抽出する（Ｓ１８）。既に説明したように、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、計測領域内に障害物が存在すると、その障害物からの反射光を検知する。例えば、図５に示すように、障害物検知センサ１６の右斜め前方にのみ障害物５２が存在する場合は、障害物検知センサ１６は、障害物５２が存在する方向からのみ反射光を検知し、それ以外の方向からは反射光を検知しない。したがって、制御装置３０は、障害物検知センサ１６の検知結果から、反射光を受光した方向が存在するか否かを判断することによって障害物を抽出する。
【００３２】
次に、制御装置３０は、ステップＳ１８で抽出した障害物の位置と大きさを算出する（Ｓ１８）。ステップＳ１８の障害物の位置と大きさを算出する方法は、公知の方法を用いることができる。すなわち、図５に示すように、障害物５２は連続する複数の検知点Ｂによって表される。各検知点Ｂについては、障害物検知センサ１６からの距離と、その検知点Ｂを検知した時のレーザ光の照射方向が既知である。このため、制御装置３０は、これらを用いて、各検知点Ｂの座標を算出することができる。
【００３３】
次に、制御装置３０は、時間ｔ（変数）に０．１秒（ｓ）を代入し（Ｓ２０）、時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えたか否かを判定する（Ｓ２２）。後述するように、本実施例では、車体通過予測領域を０．１秒（ｓ）刻みで計算して衝突判定を行うことで障害物と衝突するまでの時間を推定し、設定時間Ｔｍａｘが経過すると衝突判定処理を終了する。このため、ステップＳ２２で時間ｔに０．１（ｓ）を代入し、その時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えたか否かを判定する。時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えている場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）は、ステップＳ３６に進む。時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えていない場合（ステップＳ２２でＮＯ）は、ステップＳ２４に進む。
【００３４】
ステップＳ２４に進むと、制御装置３０は、まず、ステップＳ１２で算出した車体５０の目標速度及び目標進行方向（すなわち、直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙ）に基づいて車体モデルを決定し（Ｓ２４）、その車体モデルを用いて現在の位置から時間ｔが経過するまでに車体５０が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する（Ｓ２６）。具体的な算出手順を、図６〜８を参照して説明する。
【００３５】
制御装置３０は、まず、ステップＳ１２で算出した車体５０の直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙから、車体５０の合成目標速度ｖと目標旋回速度ωと曲率半径ρを算出する（図６参照）。具体的には、車体５０の直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙから、まず、合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを算出する（下記の式（１））。ここで、ｖｘｍａｘは、車両１０の直進方向の最高速度であり、例えば、１．０ｍ／ｓとすることができる。ｖｙｍａｘは、車両１０の旋回方向の最高速度であり、例えば、１．０ｒａｄ／ｓとすることができる。次いで、算出した合成目標速度ｖと目標旋回速度ωから、曲率半径ρを算出する（下記の式（２））。なお、図６中、点Ｏ（０，０）は制御中心であり、前輪１２ａ，１２ｂと路面との接触点の中点に設定されている。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
合成目標速度ｖと目標旋回速度ωと曲率半径ρを算出すると、制御装置３０は、まず、車体通過予測領域を算出するための車体モデルを決定する。車体モデルは、車体５０を上方より平面視したときの外形状に基づいて作成することができる。ここで、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの検知結果には計測誤差が含まれている。このため、車体５０を上方より平面視した外形状そのものを車体モデルとすると、車体５０と障害物とが衝突する可能性が生じる。そこで、本実施例では、図７に示すように、車体５０の前後左右に所定のマージンを設定し、所定のマージンを含んだ形状を車体モデル７０としている。（図７では、合成目標速度ｖが０で目標旋回速度ωが正となる場合の車体モデルにのみ符号を付している。）すなわち、車体５０の前方に前方マージンｄｆが設定され、車体５０の後方に後方マージンｄｂが設定され、車体５０の右側方に右側方マージンｄｒが設定され、車体５０の左側方に左側方マージンｄｌが設定される。そして、車体５０の外形状に、これらのマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを加えて車体モデル７０を作成している。なお、車体モデル７０のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌは、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測誤差に基づいて適宜設定することができる。
【００３９】
ここで、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを大きくすると、障害物との衝突をより確実に防止することができる。しかしながら、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを大きくし過ぎると、障害物と衝突すると判定され過ぎることとなり、車両１０の運動が制限され過ぎることとなる。一方、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌが小さいと、車両１０の運動は制限され難くなるが、障害物との衝突を防止することができない。そこで、障害物との衝突を防止しながら、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを小さくする必要がある。
【００４０】
そこで、本実施例では、制御装置３０は、直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙから算出される合成目標速度ｖと目標旋回速度ωに基づいて、車体モデル７０の外形状を変化させる。すなわち、図７に示すように、合成目標速度ｖが正となる場合（すなわち、車体５０が前進する場合）は、車体モデル７０の前方マージンｄｆが後方マージンｄｂより大きくされる（本実施例では、後方マージンｄｂが０となる）。また、合成目標速度ｖが負の場合（すなわち、車体５０が後進する場合）は、車体モデル７０の後方マージンｄｂが前方マージンｄｆより大きくされる（本実施例では、前方マージンｄｆが０となる）。このようにマージンを設定することで、車体５０の進行方向と関係のない方向のマージンが小さくされ、障害物と衝突すると判定され過ぎることを防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施例では、目標旋回速度ωが正となる場合（すなわち、車体５０が左旋回（平面視したときに反時計回りとなる方向に旋回する場合）は、車体モデル７０の左側方マージンｄｌは、車体５０の前方側が車体５０の後方側よりも大きくされる一方、車体モデル７０の右側方マージンｄｒは、車体５０の後方側が車体５０の前方側よりも大きくされる。逆に、目標旋回速度ωが負となる場合（すなわち、車体５０が右旋回（平面視したときに時計回りとなる方向に旋回する場合）は、車体モデル７０の右側方マージンｄｒは、車体５０の前方側が車体５０の後方側よりも大きくされる一方、車体モデル７０の左側方マージンｄｌは、車体５０の後方側が車体５０の前方側よりも大きくされる。すなわち、車両１０の内輪差及び外輪差が考慮され、車体モデル７０のマージンｄｒ，ｄｌが適切に小さくされる。
【００４２】
上記のように車体モデル７０を決定すると、制御装置３０は、車体モデル７０の４つの角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの軌跡を求める（図８参照）。このためには、まず、現在の車体モデル７０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、時間ｔだけ経過した後の車体モデル７０’の角部の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出する。ここで、頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、車体５０内に設定した制御中心Ｏ（０，０）を基準に算出することができる。現在の車体モデル７０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係によって既知である。一方、時間ｔだけ経過した後の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係と、旋回速度ωと、曲率半径ρとを用いて算出することができる。
【００４３】
頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出することで、図８に示すように、現在の車体モデル７０の位置と、時間ｔだけ経過した時の車体モデル７０の位置を算出することができる。また、頂点ａから頂点ａ’に移動する際の軌跡と、頂点ｂから頂点ｂ’に移動する際の軌跡と，頂点ｃから頂点ｃ’に移動する際の軌跡と，頂点ｄから頂点ｄ’に移動する際の軌跡が分かる。したがって、これらの軌跡より車体モデル７０が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する。
【００４４】
次に、制御装置３０は、ステップＳ２６で算出した車体通過予測領域と、ステップＳ１８で算出した障害物の位置とから、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する（Ｓ２８）。すなわち、ステップＳ２６で算出した車体通過予測領域内に、ステップＳ１８で算出した障害物が存在しているか否かによって、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する。例えば、図９に示すように、車体通過予測領域内に障害物が存在しない場合は、車体５０と障害物とが衝突しないと判定する。また、図１０に示すように、車体通過予測領域内に障害物が存在している場合は、車体５０と障害物とが衝突すると判定する。
【００４５】
車体５０と障害物とが衝突しないと判定した場合（ステップＳ３０でＮＯ）は、制御装置３０は、時間ｔ（変数）に０．１秒（ｓ）を加算して新たな時間ｔ（変数）とし（Ｓ３４）、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。これによって、車体５０と障害物が衝突すると判定されない限り、時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えるまでステップＳ２４〜Ｓ３０の処理が繰り返される。
【００４６】
一方、車体５０と障害物とが衝突すると判定された場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）は、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出した目標速度（直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙ）を修正し（Ｓ３２）、ステップＳ３６に進む。具体的には、制御装置３０は、入力部２４への入力から決定される車体５０の軌道を変えることなく、車体５０の速度のみを減速する。このように修正すると、車両１０の速度は減速するものの運転者の意図した方向に車両１０は移動するため、運転者に与える違和感を緩和することができる。このような速度修正は、例えば、下記の式を用いて算出することができる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
なお、上記の式では、合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを用いている。また、変数ｔは、ステップＳ２０で初期値が与えられ、ステップＳ３４で更新された時間である。すなわち、車体５０が障害物と衝突するまでの時間である。また、Ｔｍａｘは、ステップＳ２２の設定時間である。上記の式から明らかなように、衝突するまでの時間に応じて徐々に目標速度をゼロに近づける。これによって、障害物との衝突を回避しながら、目標速度が突然ゼロに修正させることを防止し、運転者に違和感を与えることを緩和している。
【００４９】
ステップＳ３６に進むと、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出された目標速度又はステップＳ３２で修正された目標速度で車両１０が移動するように、モータ１８及び操舵装置２０を駆動する（ステップＳ３４）。すなわち、車体５０と障害物が衝突しないと判定した場合は、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出された目標速度、すなわち、入力部２４に入力された運転者の操作に応じて車両１０を駆動する。一方、車体５０と障害物が衝突すると判定した場合は、制御装置３０は、ステップＳ３２で修正された目標速度に応じて車両１０を駆動する。その結果、車両１０の速度が減速され、運転者は容易に障害物を回避することができる。
【００５０】
上述した説明から明らかなように、本実施例の車両１０では、運転者の入力した操作力から算出される目標速度（ｖ，ω）に応じて車体モデルを選択し、その選択した車体モデルを用いて車体通過予測領域を算出する。このため、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測誤差を考慮しながら、車体通過予測領域が大きくなり過ぎることが防止される。このため、車体５０と障害物との衝突を回避しながら、車両１０の運動が必要以上に制限されることを防止することができる。その結果、従来の技術では走行できなかった狭い通路や、障害物の近傍を、車両１０は走行することができる。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
【００５２】
例えば、上述した実施例では、平面視したときの外形状が矩形状となる車両であったが、本発明は、このような形態に限られない。例えば、図１１に示すように、平面視したときの外形状が三角形となる車両であってもよい。このような車両においても、図１１に示すように、車体の周囲にマージンｄを設定した車体モデル（平面視三角形状）を作成し、その車体モデルを車両の合成目標速度ｖ及び目標旋回速度ωに応じて変化させてもよい。さらには、図１２に示すように、平面視したときの外形状が円形となる車両であってもよい。このような車両においても、図１２に示すように、車体の周囲にマージンｄを設定した車体モデル（平面視楕円形状）を作成し、その車体モデルを車両の合成目標速度ｖ及び目標旋回速度ωに応じて変化させてもよい。なお、図１１，１２においては、色の濃い部分が車体の外形状（平面視）であり、色の薄い部分が車体モデルの外形状（平面視）である。
【００５３】
また、上述した実施例では、運転者が乗車して運転を行う車両であったが、本発明は自律移動型の車両とすることもできる。また、上述した実施例では、前輪１２ａ，１２ｂを駆動輪とし、後輪１４を操舵輪としていたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、左右前輪（又は左右後輪）を独立して駆動される駆動輪とし、後輪（又は前輪）をキャスタ輪としてもよい。このような構成を採る場合、左右の駆動輪の回転数の差によって車両の進行方向を変更することができる。
【００５４】
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み合わ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み合わ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するものであり、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。
【符号の説明】
【００５５】
１０：車両
１２ａ，１２ｂ：前輪
１４：後輪
１６ａ〜１６ｃ：障害物検知センサ
１８：モータ
２４：入力部
２４ａ：ジョイステック
２４ｂ：操作力検出装置
３０：制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両（例えば、電動車いす、ゴルフカート、シニアカー、台車、買い物カート等）に関する。詳しくは、障害物との衝突を防止する機能を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、衝突防止機能を備えた車両を開示する。この車両は、障害物を検知する障害物検知センサを備えている。この車両では、車体の周囲に障害物との衝突を考慮すべき対象領域が設定される。障害物検知センサが対象領域内に障害物が存在することを検知すると、制御装置は、検知された障害物と車体とが衝突する可能性があると判断し、その障害物と車体との距離に応じて速度を制限する。これによって、障害物との衝突の回避が容易となり、また、たとえ障害物と衝突してもその衝撃を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、車体の周囲に設定された対象領域内に障害物が存在するか否かによって、障害物と車体との衝突の可能性を判断する。車体と障害物との衝突を確実に防止するには、車体の周囲に設定される対象領域は広い方が好ましい。その一方、車体の周囲に設定される対象領域が広すぎると、車体と障害物との衝突の可能性が低い場合であっても速度が制限されてしまう。例えば、特許文献１の技術では、車両が障害物から離れる方向に移動しており、車体と障害物との衝突の可能性が低い場合であっても、車体と障害物との距離が近ければ、速度が制限されてしまう場合がある。したがって、車体と障害物との衝突を適切に判断して障害物との衝突を防止しつつ、必要以上に車両の運動が制限されない技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する車両は、車体の目標速度及び目標進行方向を入力する入力部と、障害物を検知する障害物検知部と、入力部へ入力された目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する車体通過予測領域算出部と、車体通過予測領域算出部で算出された車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する判定部と、判定部で車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する一方、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する制御部と、を備えている。そして、車体通過予測領域算出部は、予め設定された車体モデルに基づいて車体通過予測領域を算出し、その車体モデルが入力部への入力に応じて変化する。
【０００６】
この車両では、入力部への入力に基づいて車体通過予測領域が算出され、その車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置に基づいて、車体と障害物とが衝突するか否かが判定される。入力部への入力に基づいて車体通過予測領域を算出するため、車両が障害物から離れる方向に移動する場合には、車体と障害物とが衝突すると判定され難くなる。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。また、車体通過予測領域を算出するための車体モデルも、入力部への入力に応じて変化する。その結果、車両の運動（速度，進行方向）に応じて適切な車体モデルを用いて車体通過予測領域を算出することができる。したがって、車体と障害物との衝突を適切に判断して障害物との衝突を防止しつつ、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【０００７】
上記の車体モデルは、車体の前方に設定された前方マージンと、車体の後方に設定された後方マージンを有することができる。そして、入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が前進する場合は、車体モデルの前方マージンが後方マージンより大きくされ、また、入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が後進する場合は、車体モデルの後方マージンが前方マージンより大きくされていてもよい。ここで、前方マージンと後方マージンの一方は０としてもよく、このような場合であっても、車体モデルは前方マージンと後方マージンを有しているということができる。
【０００８】
このような構成では、車体モデルは前方マージンと後方マージンを有しているため、これらマージンの分だけ車体通過予測領域が広く算出される。このため、障害物検知部の検知結果に計測誤差が含まれていても、車体と障害物との衝突防止を適切に行うことができる。その一方、車体が前進する場合は前方マージンが後方マージンより大きくされ、車体が後進する場合は後方マージンが前方マージンより大きくされる。このため、車体の運動に応じて車体モデルが小さくなり、車体通過予測領域が広く算出され過ぎることを防止する。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【０００９】
また、上記の車体モデルは、車体の右側方に設定された右側方マージンと、車体の左側方に設定された左側方マージンを有することができる。そして、車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が反時計回りに旋回する場合は、車体モデルの左側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、車体モデルの右側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされてもよい。また、車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が時計回りに旋回する場合は、車体モデルの右側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、車体モデルの左側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされてもよい。
【００１０】
このような構成では、車体モデルが右側方マージンと左側方マージンを有する。このため、障害物検知部の検知結果に計測誤差が含まれていても、車体の側方における障害物との衝突の防止を適切に行うことができる。一方、車体が旋回するときは、その旋回方向に応じて右側方マージン及び左側方マージンが変化する。このため、車体の旋回方向に応じて車体通過予測領域が適切に算出され、車体通過予測領域が広く算出され過ぎることを防止する。その結果、車両の運動が必要以上に制限されることを抑制することができる。
【００１１】
上記の車両において、制御部は、判定部によって車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向から決定される車体の軌道を変えることなく、車体の速度を減速することが好ましい。
【００１２】
このような構成によると、入力部への入力と異なる方向へ車両が移動してしまうことが防止される。すなわち、車両は入力部に入力された方向に移動しながら、車両の速度のみが減速される。このため、車両を運転者が運転している場合には、運転者の意図しない方向へ車両が移動しないため、運転者の違和感を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る車両を模式的に示す平面図。
【図２】本実施例に係る車両の制御系の構成を示すブロック図。
【図３】制御装置で実行される処理の手順を示すフローチャート。
【図４】操作部に入力された操作力から目標直進速度ｖｘ，目標横方向速度ｖｙを算出する手順を説明するための図。
【図５】障害物検知センサの検知結果の一例を示す図。
【図６】車両の合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを算出する手順を説明するための図。
【図７】車体通過予測領域を算出するために用いられる車体モデルを説明するための図。
【図８】車体通過予測領域を算出した一例を示す図。
【図９】図８に示す車体通過予測領域を用いた衝突判定の一例。
【図１０】図８に示す車体通過予測領域を用いた衝突判定の他の例。
【図１１】他の実施例に係る車両の車体モデルを説明するための図。
【図１２】他の実施例に係る車両の車体モデルを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施例） 本発明を具現化した一実施例に係る車両１０について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、車両１０は、前輪１２と、後輪１４と、前輪１２及び後輪１４が取付けられた車体５０を備えている。
【００１５】
前輪１２ａ，１２ｂは、車体５０の側面の前端側に取付けられている。前輪１２ａ，１２ｂは、駆動輪であり、モータ１８（図２に図示）に接続されている。モータ１８が回転すると、モータ１８の回転が前輪１２ａ，１２ｂにそれぞれ伝達される。前輪１２ａ，１２ｂが回転することで、車両１０は路面を走行することができる。後輪１４は、車体５０の幅方向中央の後端側に取付けられている。後輪１４は、操舵輪であり、操舵装置２０（図２に図示）に接続されている。操舵装置２０によって、後輪１４の操舵角が変更可能となっている。後輪１４の操舵角が変化することで、車両１０の進行方向が変化する。
【００１６】
車体５０には、障害物を検知する障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃが設置されている。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、２次元スキャン型の距離計測センサである。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、レーザ光を照射すると共に、その照射したレーザ光の反射光を検知可能となっている。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測範囲内（例えば、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃからの距離が３０．０ｍ以内）で、かつ、レーザ光を照射する方向に障害物が存在している場合は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃからレーザ光が照射されると、そのレーザ光が障害物で反射され、その反射光が障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃで検知される。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、レーザ光を照射してからレーザ光を検知するまでの時間によって、障害物までの距離を計測する。一方、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測範囲内に障害物が存在していない場合は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃから照射されたレーザ光は反射されず、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃでは反射光が検知されない。
【００１７】
障害物検知センサ１６ａは、車体５０の中央の前端側に設置されている。障害物検知センサ１６ａは、車体５０の前方の領域６０ａ内に障害物が存在するか否かを検知する。障害物検知センサ１６ｂは、車体５０の左側面の後端側に設置されている。障害物検知センサ１６ｂは、車体５０の左側方及び後方の領域６０ｂ内に障害物が存在するか否かを検知する。障害物検知センサ１６ｃは、車体５０の右側面の後端側に設置されている。障害物検知センサ１６ｃは、車体５０の右側方及び後方の領域６０ｃ内に障害物が存在するか否かを検知する。本実施例では、３つの障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃを設けることで、車体５０の周囲の障害物を漏れなく検出することができる。障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、後述する制御装置３０に電気的に接続され、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの検知結果が制御装置３０（図２に図示）に入力されるようになっている。
【００１８】
上述した障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃには、例えば、ＳＩＣＫ社製のＬＭＳ２００や、北陽電機社製のＵＴＭ−３０ＬＸ等を用いることができる。なお、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃには、上記のレーザ光を利用した距離計測センサに限られず、他の方式（例えば、超音波等）を利用したものを用いることもできる。
【００１９】
図２に示すように、車両１０は制御装置３０を備えている。制御装置３０には、入力部２４と、モータ１８と、操舵装置２０と、上述した障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃがそれぞれ接続されている。
【００２０】
入力部２４は、車体５０に設置された運転者用シートの近傍に設置される。入力部２４は、運転者が操作するジョイステック２４ａと、ジョイステック２４ａに接続された操作力検出装置２４ｂを備えている。ジョイステック２４ａは、前後左右に傾けることができるように構成されている。運転者は、車両１０を前方に走行させたいときはジョイステック２４ａを前方に傾け、車両１０を後方に走行させたいときはジョイステック２４ａを後方に傾ける。また、車両１０を右側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを右側に傾け、車両１０を左側に旋回させたいときはジョイステック２４ａを左側に傾ける。これによって運転者は、車両１０を所望の位置に移動させることができる。
【００２１】
操作力検出装置２４ｂは、ジョイステックの操作方向（すなわち、前後方向及び左右方向）毎に、ジョイステック２４ａに入力された力の大きさを検知する。操作力検出装置２４ｂで検出された力は、操作方向毎に電気信号に変換され、制御装置３０に入力される。操作力検出装置２４ｂには、公知の力センサを用いることができる。
【００２２】
なお、入力部２４は、上述した構成に限られず、種々の構成を採用することができる。例えば、本願出願人によって先に出願された特開２００９−２５４２２０号公報に開示された構成を採ることができる。また、アクセルペダルとハンドルによって、車体の目標速度及び目標進行方向を入力するようにしてもよい。
【００２３】
モータ１８は、制御装置３０と電気的に接続されている。モータ１８は、制御装置３０から入力される制御指令値にしたがって、前輪１２ａ，１２ｂを駆動する。モータ１８には、エンコーダ１９が設けられている。エンコーダ１９は、制御装置３０と電気的に接続されている。エンコーダ１９は、モータ１８の回転角速度（すなわち、前輪１２ａ，１２ｂの回転角速度）を検出する。エンコーダ１９が検出した前輪１２ａ，１２ｂの回転角速度は、制御装置３０に入力される。
【００２４】
操舵装置２０は、制御装置３０と電気的に接続されている。操舵装置２０は、制御装置３０から入力される制御指令値にしたがって、後輪１４の操舵角を変更する。操舵装置２０には、操舵角検出装置２２が設けられている。操舵角検出装置２２は、制御装置３０と電気的に接続されている。操舵角検出装置２２は、後輪１４の操舵角を検出する。操舵角検出装置２２が検出した後輪１４の操舵角は、制御装置３０に入力される。
【００２５】
制御装置３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたコンピュータによって構成されている。制御装置３０は、車体５０に設置されている。制御装置３０は、モータ１８と、エンコーダ１９と、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃと、操作力検出装置２４ｂと、操舵装置２０と、操舵角検出装置２２に電気的に接続されている。図２に示すように、制御装置３０は、その機能として、操作入力変換部３２と、車体通過予測領域算出部３４と、衝突判定部３６と、駆動制御部３８とを備えている。制御装置３０に備えられる各部３２，３４，３６，３８の機能については、後で詳述する。
【００２６】
次に、上述した車両１０の制御装置３０で行われる処理を、図３のフローチャートに従って説明する。制御装置３０は、所定の制御周期毎に、図３に示すステップＳ１０〜Ｓ３６の処理を繰り返し実行する。これにより、車両１０は路面を走行する。
【００２７】
図３に示すように、制御装置３０は、まず、操作力検出装置２４ｂから、運転者がジョイステック２４ａに入力している操作力の大きさと方向を取得する（Ｓ１０）。上述したように操作力検出装置２４ｂは、ジョイステック２４ａの操作方向毎に、ジョイステック２４ａに入力される操作力を検知している。このため、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。
【００２８】
次に、制御装置３０は、操作力検出装置２４ｂから取得した情報に基づいて、入力部２４に入力された操作力を変換して、入力された操作力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向を算出する（Ｓ１２）。具体的な算出手順を、図４を参照して説明する。
【００２９】
上述したように、制御装置３０は、ジョイステック２４ａの操作方向毎に操作力を取得する。このため、制御装置３０は、まず、取得した操作方向毎の操作力を合成し、その合力Ｆの大きさ｜Ｆ｜と方向θを算出する。ここで、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘを超えるときは、合力Ｆの大きさをＦｍａｘとする。一方、合力Ｆの大きさが設定値Ｆｍａｘ以下となるときは、合力Ｆの大きさは修正されない。これによって、ジョイステック２４ａに過大な操作力（Ｆｍａｘを超える操作力）が入力されても、車両１０の速度が最大速度に制限される。
【００３０】
次に、制御装置３０は、合力Ｆの大きさと方向θから、車両１０の直進方向（ｘ方向）の目標速度ｖｘ（＝｜Ｆ｜ｃｏｓθ）と、直進方向に対して横方向（ｙ方向）の目標速度ｖｙ（＝｜Ｆ｜ｓｉｎθ）を算出する（図５参照）。これによって、入力部２４への入力に応じた車体５０の目標速度及び目標進行方向が算出される。なお、本実施例では、直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙによって目標速度及び目標進行方向を表したが、目標速度及び目標進行方向は他のパラメータで与えることができる。
【００３１】
次に、制御装置３０は、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃから検知結果を取得し（Ｓ１６）、取得した検知結果から障害物を抽出する（Ｓ１８）。既に説明したように、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃは、計測領域内に障害物が存在すると、その障害物からの反射光を検知する。例えば、図５に示すように、障害物検知センサ１６の右斜め前方にのみ障害物５２が存在する場合は、障害物検知センサ１６は、障害物５２が存在する方向からのみ反射光を検知し、それ以外の方向からは反射光を検知しない。したがって、制御装置３０は、障害物検知センサ１６の検知結果から、反射光を受光した方向が存在するか否かを判断することによって障害物を抽出する。
【００３２】
次に、制御装置３０は、ステップＳ１８で抽出した障害物の位置と大きさを算出する（Ｓ１８）。ステップＳ１８の障害物の位置と大きさを算出する方法は、公知の方法を用いることができる。すなわち、図５に示すように、障害物５２は連続する複数の検知点Ｂによって表される。各検知点Ｂについては、障害物検知センサ１６からの距離と、その検知点Ｂを検知した時のレーザ光の照射方向が既知である。このため、制御装置３０は、これらを用いて、各検知点Ｂの座標を算出することができる。
【００３３】
次に、制御装置３０は、時間ｔ（変数）に０．１秒（ｓ）を代入し（Ｓ２０）、時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えたか否かを判定する（Ｓ２２）。後述するように、本実施例では、車体通過予測領域を０．１秒（ｓ）刻みで計算して衝突判定を行うことで障害物と衝突するまでの時間を推定し、設定時間Ｔｍａｘが経過すると衝突判定処理を終了する。このため、ステップＳ２２で時間ｔに０．１（ｓ）を代入し、その時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えたか否かを判定する。時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えている場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）は、ステップＳ３６に進む。時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えていない場合（ステップＳ２２でＮＯ）は、ステップＳ２４に進む。
【００３４】
ステップＳ２４に進むと、制御装置３０は、まず、ステップＳ１２で算出した車体５０の目標速度及び目標進行方向（すなわち、直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙ）に基づいて車体モデルを決定し（Ｓ２４）、その車体モデルを用いて現在の位置から時間ｔが経過するまでに車体５０が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する（Ｓ２６）。具体的な算出手順を、図６〜８を参照して説明する。
【００３５】
制御装置３０は、まず、ステップＳ１２で算出した車体５０の直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙから、車体５０の合成目標速度ｖと目標旋回速度ωと曲率半径ρを算出する（図６参照）。具体的には、車体５０の直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙから、まず、合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを算出する（下記の式（１））。ここで、ｖｘｍａｘは、車両１０の直進方向の最高速度であり、例えば、１．０ｍ／ｓとすることができる。ｖｙｍａｘは、車両１０の旋回方向の最高速度であり、例えば、１．０ｒａｄ／ｓとすることができる。次いで、算出した合成目標速度ｖと目標旋回速度ωから、曲率半径ρを算出する（下記の式（２））。なお、図６中、点Ｏ（０，０）は制御中心であり、前輪１２ａ，１２ｂと路面との接触点の中点に設定されている。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
合成目標速度ｖと目標旋回速度ωと曲率半径ρを算出すると、制御装置３０は、まず、車体通過予測領域を算出するための車体モデルを決定する。車体モデルは、車体５０を上方より平面視したときの外形状に基づいて作成することができる。ここで、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの検知結果には計測誤差が含まれている。このため、車体５０を上方より平面視した外形状そのものを車体モデルとすると、車体５０と障害物とが衝突する可能性が生じる。そこで、本実施例では、図７に示すように、車体５０の前後左右に所定のマージンを設定し、所定のマージンを含んだ形状を車体モデル７０としている。（図７では、合成目標速度ｖが０で目標旋回速度ωが正となる場合の車体モデルにのみ符号を付している。）すなわち、車体５０の前方に前方マージンｄｆが設定され、車体５０の後方に後方マージンｄｂが設定され、車体５０の右側方に右側方マージンｄｒが設定され、車体５０の左側方に左側方マージンｄｌが設定される。そして、車体５０の外形状に、これらのマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを加えて車体モデル７０を作成している。なお、車体モデル７０のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌは、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測誤差に基づいて適宜設定することができる。
【００３９】
ここで、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを大きくすると、障害物との衝突をより確実に防止することができる。しかしながら、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを大きくし過ぎると、障害物と衝突すると判定され過ぎることとなり、車両１０の運動が制限され過ぎることとなる。一方、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌが小さいと、車両１０の運動は制限され難くなるが、障害物との衝突を防止することができない。そこで、障害物との衝突を防止しながら、上記のマージンｄｆ，ｄｂ，ｄｒ，ｄｌを小さくする必要がある。
【００４０】
そこで、本実施例では、制御装置３０は、直進方向目標速度ｖｘと横方向目標速度ｖｙから算出される合成目標速度ｖと目標旋回速度ωに基づいて、車体モデル７０の外形状を変化させる。すなわち、図７に示すように、合成目標速度ｖが正となる場合（すなわち、車体５０が前進する場合）は、車体モデル７０の前方マージンｄｆが後方マージンｄｂより大きくされる（本実施例では、後方マージンｄｂが０となる）。また、合成目標速度ｖが負の場合（すなわち、車体５０が後進する場合）は、車体モデル７０の後方マージンｄｂが前方マージンｄｆより大きくされる（本実施例では、前方マージンｄｆが０となる）。このようにマージンを設定することで、車体５０の進行方向と関係のない方向のマージンが小さくされ、障害物と衝突すると判定され過ぎることを防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施例では、目標旋回速度ωが正となる場合（すなわち、車体５０が左旋回（平面視したときに反時計回りとなる方向に旋回する場合）は、車体モデル７０の左側方マージンｄｌは、車体５０の前方側が車体５０の後方側よりも大きくされる一方、車体モデル７０の右側方マージンｄｒは、車体５０の後方側が車体５０の前方側よりも大きくされる。逆に、目標旋回速度ωが負となる場合（すなわち、車体５０が右旋回（平面視したときに時計回りとなる方向に旋回する場合）は、車体モデル７０の右側方マージンｄｒは、車体５０の前方側が車体５０の後方側よりも大きくされる一方、車体モデル７０の左側方マージンｄｌは、車体５０の後方側が車体５０の前方側よりも大きくされる。すなわち、車両１０の内輪差及び外輪差が考慮され、車体モデル７０のマージンｄｒ，ｄｌが適切に小さくされる。
【００４２】
上記のように車体モデル７０を決定すると、制御装置３０は、車体モデル７０の４つの角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの軌跡を求める（図８参照）。このためには、まず、現在の車体モデル７０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、時間ｔだけ経過した後の車体モデル７０’の角部の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出する。ここで、頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と、頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、車体５０内に設定した制御中心Ｏ（０，０）を基準に算出することができる。現在の車体モデル７０の角部の頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係によって既知である。一方、時間ｔだけ経過した後の頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標は、制御中心Ｏ（０，０）と頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの幾何学的関係と、旋回速度ωと、曲率半径ρとを用いて算出することができる。
【００４３】
頂点ａ，ｂ，ｃ，ｄの座標と頂点ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’の座標を算出することで、図８に示すように、現在の車体モデル７０の位置と、時間ｔだけ経過した時の車体モデル７０の位置を算出することができる。また、頂点ａから頂点ａ’に移動する際の軌跡と、頂点ｂから頂点ｂ’に移動する際の軌跡と，頂点ｃから頂点ｃ’に移動する際の軌跡と，頂点ｄから頂点ｄ’に移動する際の軌跡が分かる。したがって、これらの軌跡より車体モデル７０が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する。
【００４４】
次に、制御装置３０は、ステップＳ２６で算出した車体通過予測領域と、ステップＳ１８で算出した障害物の位置とから、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する（Ｓ２８）。すなわち、ステップＳ２６で算出した車体通過予測領域内に、ステップＳ１８で算出した障害物が存在しているか否かによって、車体５０と障害物とが衝突するか否かを判定する。例えば、図９に示すように、車体通過予測領域内に障害物が存在しない場合は、車体５０と障害物とが衝突しないと判定する。また、図１０に示すように、車体通過予測領域内に障害物が存在している場合は、車体５０と障害物とが衝突すると判定する。
【００４５】
車体５０と障害物とが衝突しないと判定した場合（ステップＳ３０でＮＯ）は、制御装置３０は、時間ｔ（変数）に０．１秒（ｓ）を加算して新たな時間ｔ（変数）とし（Ｓ３４）、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２からの処理を繰り返す。これによって、車体５０と障害物が衝突すると判定されない限り、時間ｔが設定時間Ｔｍａｘを越えるまでステップＳ２４〜Ｓ３０の処理が繰り返される。
【００４６】
一方、車体５０と障害物とが衝突すると判定された場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）は、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出した目標速度（直進方向目標速度ｖｘ，横方向目標速度ｖｙ）を修正し（Ｓ３２）、ステップＳ３６に進む。具体的には、制御装置３０は、入力部２４への入力から決定される車体５０の軌道を変えることなく、車体５０の速度のみを減速する。このように修正すると、車両１０の速度は減速するものの運転者の意図した方向に車両１０は移動するため、運転者に与える違和感を緩和することができる。このような速度修正は、例えば、下記の式を用いて算出することができる。
【００４７】
【数３】
【００４８】
なお、上記の式では、合成目標速度ｖと目標旋回速度ωを用いている。また、変数ｔは、ステップＳ２０で初期値が与えられ、ステップＳ３４で更新された時間である。すなわち、車体５０が障害物と衝突するまでの時間である。また、Ｔｍａｘは、ステップＳ２２の設定時間である。上記の式から明らかなように、衝突するまでの時間に応じて徐々に目標速度をゼロに近づける。これによって、障害物との衝突を回避しながら、目標速度が突然ゼロに修正させることを防止し、運転者に違和感を与えることを緩和している。
【００４９】
ステップＳ３６に進むと、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出された目標速度又はステップＳ３２で修正された目標速度で車両１０が移動するように、モータ１８及び操舵装置２０を駆動する（ステップＳ３４）。すなわち、車体５０と障害物が衝突しないと判定した場合は、制御装置３０は、ステップＳ１２で算出された目標速度、すなわち、入力部２４に入力された運転者の操作に応じて車両１０を駆動する。一方、車体５０と障害物が衝突すると判定した場合は、制御装置３０は、ステップＳ３２で修正された目標速度に応じて車両１０を駆動する。その結果、車両１０の速度が減速され、運転者は容易に障害物を回避することができる。
【００５０】
上述した説明から明らかなように、本実施例の車両１０では、運転者の入力した操作力から算出される目標速度（ｖ，ω）に応じて車体モデルを選択し、その選択した車体モデルを用いて車体通過予測領域を算出する。このため、障害物検知センサ１６ａ〜１６ｃの計測誤差を考慮しながら、車体通過予測領域が大きくなり過ぎることが防止される。このため、車体５０と障害物との衝突を回避しながら、車両１０の運動が必要以上に制限されることを防止することができる。その結果、従来の技術では走行できなかった狭い通路や、障害物の近傍を、車両１０は走行することができる。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
【００５２】
例えば、上述した実施例では、平面視したときの外形状が矩形状となる車両であったが、本発明は、このような形態に限られない。例えば、図１１に示すように、平面視したときの外形状が三角形となる車両であってもよい。このような車両においても、図１１に示すように、車体の周囲にマージンｄを設定した車体モデル（平面視三角形状）を作成し、その車体モデルを車両の合成目標速度ｖ及び目標旋回速度ωに応じて変化させてもよい。さらには、図１２に示すように、平面視したときの外形状が円形となる車両であってもよい。このような車両においても、図１２に示すように、車体の周囲にマージンｄを設定した車体モデル（平面視楕円形状）を作成し、その車体モデルを車両の合成目標速度ｖ及び目標旋回速度ωに応じて変化させてもよい。なお、図１１，１２においては、色の濃い部分が車体の外形状（平面視）であり、色の薄い部分が車体モデルの外形状（平面視）である。
【００５３】
また、上述した実施例では、運転者が乗車して運転を行う車両であったが、本発明は自律移動型の車両とすることもできる。また、上述した実施例では、前輪１２ａ，１２ｂを駆動輪とし、後輪１４を操舵輪としていたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、左右前輪（又は左右後輪）を独立して駆動される駆動輪とし、後輪（又は前輪）をキャスタ輪としてもよい。このような構成を採る場合、左右の駆動輪の回転数の差によって車両の進行方向を変更することができる。
【００５４】
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み合わ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み合わ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するものであり、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。
【符号の説明】
【００５５】
１０：車両
１２ａ，１２ｂ：前輪
１４：後輪
１６ａ〜１６ｃ：障害物検知センサ
１８：モータ
２４：入力部
２４ａ：ジョイステック
２４ｂ：操作力検出装置
３０：制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の目標速度及び目標進行方向を入力する入力部と、
障害物を検知する障害物検知部と、
入力部へ入力された目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する車体通過予測領域算出部と、
車体通過予測領域算出部で算出された車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する判定部と、
判定部で車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する一方、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する制御部と、を備えており、
前記車体通過予測領域算出部は、予め設定された車体モデルに基づいて車体通過予測領域を算出し、その車体モデルが入力部への入力に応じて変化することを特徴とする衝突防止機能付き車両。
【請求項２】
前記車体モデルは、車体の前方に設定された前方マージンと、車体の後方に設定された後方マージンを有しており、
入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が前進する場合は、前記車体モデルの前方マージンが後方マージンより大きくされ、
入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が後進する場合は、前記車体モデルの後方マージンが前方マージンより大きくされることを特徴とする請求項１に記載の衝突防止機能付き車両。
【請求項３】
前記車体モデルは、車体の右側方に設定された右側方マージンと、車体の左側方に設定された左側方マージンを有しており、
車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が反時計回りに旋回する場合は、前記車体モデルの左側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、前記車体モデルの右側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされ、
車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が時計回りに旋回する場合は、前記車体モデルの右側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、前記車体モデルの左側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝突防止機能付き車両。
【請求項４】
制御部は、判定部によって車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向から決定される車体の軌道を変えることなく、車体の速度を減速することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝突防止機能付き車両。
【請求項１】
車体の目標速度及び目標進行方向を入力する入力部と、
障害物を検知する障害物検知部と、
入力部へ入力された目標速度及び目標進行方向で車体が所定時間だけ移動するときに車体が通過すると予測される車体通過予測領域を算出する車体通過予測領域算出部と、
車体通過予測領域算出部で算出された車体通過予測領域と障害物検知部で検出された障害物の位置とから、車体と障害物とが衝突するか否かを判定する判定部と、
判定部で車体と障害物とが衝突しないと判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する一方、車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向の少なくとも一方を修正すると共に、その修正した目標速度及び目標進行方向に基づいて車体の速度及び進行方向を制御する制御部と、を備えており、
前記車体通過予測領域算出部は、予め設定された車体モデルに基づいて車体通過予測領域を算出し、その車体モデルが入力部への入力に応じて変化することを特徴とする衝突防止機能付き車両。
【請求項２】
前記車体モデルは、車体の前方に設定された前方マージンと、車体の後方に設定された後方マージンを有しており、
入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が前進する場合は、前記車体モデルの前方マージンが後方マージンより大きくされ、
入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が後進する場合は、前記車体モデルの後方マージンが前方マージンより大きくされることを特徴とする請求項１に記載の衝突防止機能付き車両。
【請求項３】
前記車体モデルは、車体の右側方に設定された右側方マージンと、車体の左側方に設定された左側方マージンを有しており、
車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が反時計回りに旋回する場合は、前記車体モデルの左側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、前記車体モデルの右側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされ、
車体を上方より平面視したときに入力部に入力された車体の目標速度及び目標進行方向によって車体が時計回りに旋回する場合は、前記車体モデルの右側方マージンは、車体の前方側が車体の後方側よりも大きくされる一方、前記車体モデルの左側方マージンは、車体の後方側が車体の前方側よりも大きくされることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝突防止機能付き車両。
【請求項４】
制御部は、判定部によって車体と障害物とが衝突すると判定されるときは、入力部への入力に応じた目標速度及び目標進行方向から決定される車体の軌道を変えることなく、車体の速度を減速することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝突防止機能付き車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２６６１３（Ｐ２０１２−２２６６１３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４３９４（Ｐ２０１１−９４３９４）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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