JP2008143440A - 移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の意図しない運転制御を防ぐことのできる移動体を提供することを課題とする。
【解決手段】移動体は、姿勢検出装置と、操作装置と、座席駆動装置と、制御部と、を備える。姿勢検出装置は、運転者の姿勢変化に応じて運転者が着座する座席に生じる変量を検出する。操作装置は、運転者が操作するためのものである。座席駆動装置は、座席を移動又は回転させる装置である。制御部は、前記運転者が意図する動作のための制御を、検出された変量を基に行う。座席駆動装置は、制御部からの制御信号を基に、前記座席を移動又は回転させることにより、操作装置からの座席にかかる反力を打ち消す。このようにすることで、運転者の意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、操縦者の意図する移動のための動作を行う移動体に関する。

従来、自動車等の陸上を走行する移動体の運転は、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダルのような操作手段を運転者が操作することにより行われることが多い。しかし、このような従来の操作手段は、人間の生来的な感覚に必ずしも適合している訳ではないため、運転者が操作を繰り返すことによりその操作を習熟することが不可欠である。以下の特許文献１には、運転者の姿勢変化に応じて生じる座席の変量、即ち、座席の所定位置からの変位量や傾き角などを検出することで、運転者の意図する動作を推定して運転制御を行う移動体について記載されている。

特開平２００４−１６２７５号公報

しかしながら、上記に記載の技術では、運転制御手段として、座席だけでなく、他の操作装置も用いる場合、例えば、加減速を行うためにペダルを設ける場合や方向指示を行うためにレバーを用いる場合等には、当該操作装置を用いることにより発生する反力により、座席の変量に変化が生じ、運転者の意図しない運転制御が行われてしまうことがある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、座席以外の他の操作装置を操作することによる運転者の意図しない運転制御を防ぐことのできる移動体を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、移動体は、運転者の姿勢変化に応じて前記運転者が着座する座席に生じる変量を検出する姿勢検出装置と、前記運転者が操作する操作装置と、前記座席を移動又は回転させる座席駆動装置と、前記運転者が意図する動作のための制御を検出された前記変量を基に行う制御部と、を備え、前記座席駆動装置は、前記制御部からの制御信号を基に前記座席を移動又は回転させることにより、前記操作装置からの前記座席にかかる反力を打ち消す。

上記の移動体は、姿勢検出装置と、操作装置と、座席駆動装置と、制御部と、を備える。前記姿勢検出装置は、運転者の姿勢変化に応じて前記運転者が着座する座席に生じる変量を検出する。前記操作装置は、前記運転者が操作するためのものである。前記座席駆動装置は、前記座席を移動又は回転させる装置である。前記制御部は、前記運転者が意図する動作のための制御を、検出された前記変量を基に行う。前記座席駆動装置は、前記制御部からの制御信号を基に、前記座席を移動又は回転させることにより、前記操作装置からの前記座席にかかる反力を打ち消す。このようにすることで、運転者の意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。

上記の移動体の他の一態様は、前記制御部は、前記運転者が前記操作装置の操作をすることにより発生する前記操作装置からの反力による前記座席の回転モーメントを、前記操作装置に加えられた力を基に算出すると共に、前記座席にかかる前記操作装置からの反力を打ち消すことのできる大きさの前記座席の回転力を、前記回転モーメントを基に算出し、前記座席駆動装置は、前記座席に対し、前記操作装置からの反力のかかる方向とは反対方向に、前記回転力を加える。このようにすることで、前記座席が前記反力により回転するのを防ぐことができ、運転者の意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。

上記の移動体の他の一態様は、前記制御部は、前記制御の制御量を、前記操作装置に加えられた力を基に補正する。このようにすることで、運転者の意図する運転制御を行うことができる。

上記の移動体の好適な実施例は、前記操作装置は、ペダルであり、前記制御部は、前記制御の制御量を、前記ペダルの開度を基に補正する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る移動体の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る移動体１０の構成を示す模式図である。なお、図１では、移動体１０の進行方向をｘ軸とし、回転軸１１ａの方向をｚ軸とし、ｘ軸及びｚ軸の両方に垂直な方向をｙ軸とする。

第１実施形態に係る移動体１０は、座席１１と、ペダル１２と、回転センサ２０と、制御部２１と、操舵部２２と、駆動部２３と、前輪３１と、後輪３２より構成される。移動体１０としては、例えば、特許文献１に示すような電動車椅子などの移動体が一例として挙げられる。

座席１１は、実際に運転者Ｄが座るシート部１１ｂと、シート部１１ｂを支える回転軸１１ａより構成される。回転軸１１ａは、シート部１１ｂに固定されている。従って、運転者Ｄが体を左右にひねると、回転軸１１ａは、シート部１１ｂと共に左右に回転する。回転センサ２０は、回転軸１１ａの回転する角度たる回転角を検出して、検出信号Ｓｒとして制御部２１へ出力する。この回転センサ２０が、本発明における姿勢検出装置として機能する。

回転軸１１ａは、モータ２５と接続されている。モータ２５が駆動することにより、座席１１に対し、ｚ軸回りに回転力が加えられ、座席１１はｚ軸回りに回転することができる。このモータ２５が、本発明における座席駆動装置として機能する。

第１実施形態に係る移動体１０では、座席１１以外の運転制御手段として、運転者Ｄが操作する操作装置たるペダル１２が備えられる。ペダル１２は、運転者Ｄが足で踏み込んで操作するものであり、アクセル、ブレーキ、クラッチなどが一例として挙げられる。ペダル１２には、踏力センサ２４が接続されている。踏力センサ２４は、運転者Ｄがペダル１２を踏み込んだ力の大きさを検出して、検出信号Ｓａとして制御部２１へ出力する。

制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリなどを含むマイクロコンピュータで構成された、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などであり、検出信号Ｓａが示す、運転者Ｄがペダル１２を踏み込んだ力の大きさを基に、移動体１０の加速又は減速を行うための制御信号Ｓｄを駆動部２３へ出力する。駆動部２３は、例えば、ペダル１２がアクセルとして機能する場合には制御信号Ｓｄを基に後輪３２を駆動し、ペダル１２がブレーキとして機能する場合には制御信号Ｓｄを基に後輪３２にブレーキをかける。

制御部２１は、運転者Ｄが意図する移動体１０の動作を、検出信号Ｓｒを基に推定して、推定した当該動作が行われるように操舵部２２へ制御信号Ｓｓを出力する。典型的な例では、制御部２１は、検出信号Ｓｒが示す回転軸１１ａの回転角に基づいて操舵角を決定し、その操舵角に対応する制御信号Ｓｓを操舵部２２へ供給する。操舵部２２は、制御信号Ｓｓを基に前輪３１の向きを変更する。以下に、図２を用いて具体例を述べる。

図２は、座席１１の斜視図である。図２でも、移動体１０の進行方向をｘ軸とし、回転軸１１ａの方向をｚ軸とし、ｘ軸及びｚ軸の両方に垂直な方向をｙ軸とする。

運転者Ｄが進行方向（ｘ軸方向）に対し右側に体をひねると、回転軸１１ａが座席１１の真上からみて進行方向（ｘ軸方向）に対し右回りに回転する。このときの回転角を角度θｚＲとすると、制御部２１は、移動体１０が進行方向（ｘ軸方向）から右回りに角度θｚＲに対応する操舵角で旋回する動作が行われるように制御信号Ｓｓを操舵部２２へ出力する。一方、運転者Ｄが進行方向（ｘ軸方向）に対し左側に体をひねると、回転軸１１ａが座席１１の真上からみて進行方向（ｘ軸方向）から左回りに回転する。このときの回転角を角度θｚＬとすると、制御部２１は、移動体１０が進行方向に対し左回りに角度θｚＬに対応する操舵角で旋回する動作が行われるように制御信号Ｓｓを操舵部２２へ出力する。

回転軸１１ａの回転角と当該回転角に対応する移動体１０の操舵角との対応関係は、例えば、予めマップとして制御部２１のメモリなどに記録されており、制御部２１は、回転軸１１ａの回転角の検出信号Ｓｒを基に、記録されている当該対応関係のマップを用いて、移動体１０の操舵角を算出した後、制御信号Ｓｓを操舵部２２へ出力する。

なお、上述の例は一例であり、検出信号Ｓｒに基づいて、運転者Ｄが意図する移動体の動作を推定する方法としては他にも各種のものがあるが、本発明では特にいずれかの手法に限定されるものではない。

制御部２１は、ペダル１２からの反力による回転軸１１ａに発生する回転モーメントを、制御信号Ｓａを基に算出し、座席１１に加える回転力を、当該回転モーメントを基に算出する。制御部２１は、算出された回転力を制御信号Ｓｍとしてモータ２５に送信する。モータ２５は、制御信号Ｓｍを基に、座席１１にｚ軸回りの回転力を加える。

図３は、座席１１とペダル１２の位置関係を示す模式図であり、座席１１の真上から見た平面図である。

図３に示すように、運転者Ｄがペダル１２を踏み込むと、ペダル１２に反力Ｆが発生し、運転者Ｄの大腿部を介して伝達された当該反力Ｆによって回転軸１１ａには回転モーメントＬｅ×Ｆ（Ｌｅは、回転軸１１ａの中心から反力Ｆの座席１１にかかる位置までの距離）が発生する。この回転モーメントによって、回転軸１１ａは回転してしまう。従って、この場合には、運転者Ｄの意図しない運転制御が行われることとなる。

第１実施形態に係る移動体１０では、反力Ｆを打ち消すために、座席１１に回転力Ｆｒが加えられる。図４は、移動体１０における制御処理を示すフローチャートである。以下、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

運転者Ｄがペダル１２を踏み込むと、踏力センサ２４は、運転者Ｄがペダル１２を踏み込んだ力の大きさを反力Ｆの大きさとして検出して、検出信号Ｓａとして制御部２１へ出力する（ステップＳ１０１）。

次に、制御部２１は、反力Ｆによる回転軸１１ａに発生する回転モーメントを、検出信号Ｓａを基に算出し、当該反力Ｆを打ち消すことのできる座席１１の回転力を、当該回転モーメントを基に求める（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部２１は、算出された反力Ｆと、回転軸１１ａの中心から反力Ｆの座席１１にかかる位置までの距離Ｌｅと、を基に、回転軸１１ａに発生する回転モーメントＬｅ×Ｆの大きさを算出することができる。回転軸１１ａの中心から反力Ｆの座席１１にかかる位置までの距離Ｌｅは、ペダル１２の位置と回転軸１１ａの中心の位置との関係から予め算出される。

ここで、ペダル１２に発生した反力Ｆの座席１１にかかる方向は、ペダル１２と座席１１の位置関係によって決まり、常にペダル１２から座席１１へ向かう方向、例えば、図３でいうと−ｘ軸方向となる。

制御部２１は、反力Ｆを打ち消すことのできる大きさの座席１１の回転力Ｆｒを、算出された回転モーメントＬｅ×Ｆの大きさを基に求め、制御信号Ｓｍとしてモータ２５へ送信する。図３に示すように、モータ２５は、制御信号Ｓｍを基に、回転軸１１ａに対し、反力Ｆｒの座席１１にかけられる方向とは反対方向（ｘ軸方向）に回転力Ｆｒを加え、当該反力Ｆを打ち消す（ステップＳ１０３）。このようにすることで、回転軸１１ａが回転するのを防ぐことができ、運転者Ｄの意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。

なお、上述の実施形態では、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、回転軸１１ａ、即ちｚ軸回りの回転角を基に行う場合において、座席１１にかかる反力Ｆを回転軸１１ａに回転力Ｆｒを加えることで打ち消すとしているが、本発明の適用はこれに限られるものではない。制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、任意に定められた所定の軸回りの回転角を基に行うこととしている場合において、座席１１にかかる反力Ｆを当該所定の軸に所定の回転力を加えることで打ち消すとしてもよい。例えば、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、ｘ軸（ｙ軸）に平行な回転軸の回転角を基に行うこととしている場合には、座席１１にかかる反力Ｆをｘ軸（ｙ軸）に平行な当該回転軸に所定の回転力を加えることで打ち消すとしてもよい。

さらには、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、座席１１の移動した、当該所定の軸方向の変位を基に行うこととしている場合において、座席１１にかかる反力Ｆを当該所定の軸方向に平行な所定の力を加えることで打ち消すとしてもよい。例えば、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、座席１１の移動した、ｘ軸（ｙ軸）に平行な方向の変位を基に行うこととしている場合において、ｘ軸（ｙ軸）に平行で、かつ、当該反力Ｆの座席にかかる方向とは反対方向に、所定の力を加えることで、当該反力Ｆを打ち消すこととしてもよい。

このようにすることで、ｚ軸回りの力だけでなく、他の５分力についても、運転者の意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。

以上に述べたように、第１実施形態に係る移動体では、運転者の姿勢変化に応じて前記運転者が着座する座席に生じる変量を検出する姿勢検出装置と、当該運転者が操作する操作装置と、当該座席を移動又は回転させることのできる座席駆動装置と、当該運転者が意図する動作のための制御を、検出された前記変量を基に行う制御部と、を備え、当該座席駆動装置は、当該制御部からの制御信号を基に、当該座席を移動又は回転させることにより、当該操作装置からの当該座席にかかる反力を打ち消す。このようにすることで、運転者の意図しない運転制御が行われるのを防ぐことができる。

[第２実施形態]
次に本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る移動体１０の構成を示す模式図である。

第２実施形態に係る移動体１０において、ペダル１２には、踏力センサ２４の他に、ペダル開度センサ２６が接続されている。この点が、第１実施形態に係る移動体１０の構成と異なる点である。ペダル開度センサ２６は、運転者Ｄがペダル１２を踏み込んだ際におけるペダル１２の開度を検出して、検出信号Ｓｈとして制御部２１へ出力する。制御部２１は、先に述べたように、回転軸１１ａの回転角に対応する移動体１０の操舵角を、制御信号Ｓｓを基に算出するが、第２実施形態では、更に、制御部２１は、算出された回転軸１１ａに対応する移動体１０の操舵角を、ペダル１２の開度を基に補正する。そして、制御部２１は、回転軸１１ａに対応する移動体１０の補正された当該操舵角を実舵角とし、移動体１０を当該実舵角で旋回する動作が行われるように制御信号Ｓｓを操舵部２２へ出力する。

図６は、回転軸１１ａの回転角に対する移動体１０の実舵角を示したグラフである。第１実施形態では、先に述べたように、制御部２１は、回転軸１１ａの回転角に対応する操舵角で移動体１０を回転させるが、第２実施形態では、更に、制御部２１は、ペダル１２の開度が大きい程、回転軸１１ａの回転角に対応する当該操舵角を小さくする補正を行う。以下に具体的に述べる。

図３に示したように、ペダル１２は、運転者Ｄから見て右側にペダル１２が配置されているため、反力Ｆは、座席１１に対し、右回りに回転させる回転モーメントＬｅ×Ｆを発生させる。そのため、ペダル１２からの反力が座席１１にかかっていると、運転者Ｄが座席１１を右回りに回転させて移動体を右回りに旋回しようとする場合、即ち、右切の場合には、回転角１１ａの回転角は、回転モーメントＬｅ×Ｆの影響により、運転者Ｄが意図する回転角よりも大きくなる。

ペダル１２の開度が大きい場合には、それだけ、運転者Ｄはペダル１２を強く踏み込んでいることとなるので、ペダル１２からの反力Ｆは大きくなる。ペダル１２からの反力Ｆが大きくなると、回転モーメントＬｅ×Ｆの大きさも大きくなる。従って、運転者Ｄが座席１１を右回りに回転させて移動体を右回りに旋回しようとする場合において、ペダル１２の開度が大きい程、回転軸１１ａの回転角と運転者Ｄが意図する回転角との差は大きくなる。従って、制御部２１は、図６のペダル開度が５０［％］及び１００［％］の場合のグラフに示すように、ペダル１２の開度が大きい程、回転軸１１ａの回転角に対応する操舵角を小さくする補正を行う。このようにすることで、制御部２１は、反力Ｆによる回転軸１１ａの回転角への影響を取り除くことができ、運転者Ｄの意図する運転制御を行うことができる。

ペダル開度が０[％]のとき、即ち、ペダル１２が踏み込まれていないときには、ペダル１２からの反力Ｆによる回転軸１１ａの回転角への影響はない。従って、この場合には、制御部２１は、回転軸１１ａの回転角に対応する操舵角に対し補正を行わない。即ち、図６のペダル開度が０[％]となっているときのグラフは、マップなどにより求められる、回転軸１１ａの回転角に対応する操舵角を示すグラフとなっている。

以上に述べたように、第２実施形態に係る移動体では、制御部は、運転者が意図する動作のための制御を、検出された変量を基に行う場合において、当該制御の制御量を、操作装置に加えられた力を基に補正する。このようにすることで、運転者の意図する運転制御を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、回転軸１１ａ、即ち、ｚ軸回りの回転角を基に行う場合において、当該回転角に対応する操舵角を、ペダル１２の開度を基に補正するとしているが、本発明の適用はこれに限られるものではない。制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、任意に定められた所定の軸回りの回転角を基に行う場合において、当該回転角に対応する操舵角を、ペダル１２の開度を基に補正するとしてもよい。更には、制御部２１は、移動体１０の動作の制御を、座席１１の移動した変位を基に行う場合において、当該変位に対応する移動体１０の制御量を、ペダル１２の開度を基に補正するとしてもよい。

[変形例]
上述した各実施形態では、操作装置として、ペダル１２を挙げたが、ペダルに限られず、その代わりに、又は、それに追加して、レバーやスイッチなどの他の操作装置を用いるとしてもよい。また、このような操作装置としては、運転制御手段に限られるものではない。例えば、移動体１０に搭載された音響機器などのように、運転者が操作する装置であれば本発明を適用可能である。

また、上記の各実施形態では、駆動部は、後輪のみを制動・駆動するとしているが、これに限られるものではなく、前輪・後輪を制動・駆動することとしてもよい。また、上記の実施形態では、移動体として電動車椅子の例を挙げたが、これに限られるものではないのは言うまでもなく、内燃機関からなるエンジンを駆動部とする自動車その他の陸上走行車両であってもよいし、さらには、水上、水中、地中または空中を進行する移動体であってもよい。

第１実施形態に係る移動体の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る座席の斜視図である。 座席とペダルの位置関係を示す模式図である。 第１実施形態に係る移動体の制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る移動体の構成を示す模式図である。 回転軸の回転角に対する移動体の実舵角を示したグラフである。

符号の説明

１０ 移動体
１１ 座席
１２ ペダル
２０ 回転センサ
２１ 制御部
２２ 操舵部
２３ 駆動部

Claims (4)

1. 運転者の姿勢変化に応じて前記運転者が着座する座席に生じる変量を検出する姿勢検出装置と、
   前記運転者が操作する操作装置と、
   前記座席を移動又は回転させる座席駆動装置と、
   前記運転者が意図する動作のための制御を、検出された前記変量を基に行う制御部と、を備え、
   前記座席駆動装置は、前記制御部からの制御信号を基に、前記座席を移動又は回転させることにより、前記操作装置からの前記座席にかかる反力を打ち消すことを特徴とする移動体。
2. 前記制御部は、前記運転者が前記操作装置の操作をすることにより発生する前記操作装置からの反力による前記座席の回転モーメントを、前記操作装置に加えられた力を基に算出すると共に、前記座席にかかる前記操作装置からの反力を打ち消すことのできる大きさの前記座席の回転力を、前記回転モーメントを基に算出し、
   前記座席駆動装置は、前記座席に対し、前記操作装置からの反力のかかる方向とは反対方向に、前記回転力を加えることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
3. 前記制御部は、前記制御の制御量を、前記操作装置に加えられた力を基に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体。
4. 前記操作装置は、ペダルであり、
   前記制御部は、前記制御の制御量を、前記ペダルの開度を基に補正することを特徴とする請求項３に記載の移動体。

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