(57)【要約】【課題】障害物回避機能付き車両において、段差への衝突や溝等への転落を回避することを可能とする。【解決手段】車両１の走行中に、２次元レーザレーダＬＤ２による車両前方スキャンが行われ（＃６）、段差や溝等の危険個所の認識と記憶がなされる（＃７）。また、駆動輪の回転速度検出（＃８）、車両１の移動量の算出（＃９）、記憶（＃７）がなされる。記憶危険個所と時々刻々の車両移動量情報、及び車両移動方向（＃１０）に基き、衝突予測手段による衝突判定が行われると（＃１１）、衝突回避用補正命令が出され（＃１２）、操作者のハンドル角の設定（＃２）とアクセル操作（＃４）に対して車両が衝突しないように補正がなされる。２次元レーザレーダＬＤ２による走行路面近傍の測定点は座標変換して記憶されており、レーダ死角においても障害物位置の認識把握ができる。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物を検知してそれを回避するように走行制御される車両において、
走行路面近傍の障害物を３次元情報として認識できる３次元障害物認識手段と、
前記３次元障害物認識手段によって得た障害物情報から衝突危険性を判断する衝突予測手段と、
前記衝突予測手段で衝突すると予測した際に、衝突しないように走行状態を補正する走行補正手段とを有することを特徴とする障害物回避機能付き車両。
【請求項２】
前記３次元障害物認識手段として複数の超音波センサ及び／又は１つ以上の首振り機構付き超音波センサを有することを特徴とする請求項１に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項３】
前記３次元障害物認識手段として３次元レーザレーダを有することを特徴とする請求項１に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項４】
車両移動量計測手段をさらに有し、前記３次元障害物認識手段が障害物を検知した後その障害物が検知エリア外となったエリアにおける前記障害物の位置を、前記３次元障害物認識手段によって得た障害物情報と前記車両移動量計測手段によって得た車両移動量から推定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項５】
車両本体水平面に対し俯角をもって設置された２次元レーザレーダと、車両移動量計測手段とをさらに有し、
前記２次元レーザレーダからの障害物情報と前記車両移動量計測手段からの車両移動量とから３次元障害物情報を得ることを特徴とする請求項１に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項６】
前記車両移動量計測手段は、車輪回転計測装置又は加速度計測装置であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項７】
前記障害物認識手段は、所定の水平面から所定以上の高さの変化があるところを障害物位置とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項８】
車両移動速度検出器をさらに有し、前記衝突予測手段は、前記障害物認識手段で認識した障害物位置と、前記車両移動速度検出器で求めた車両移動方向とから、衝突を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項９】
前記衝突予測手段は、前記障害物認識手段で認識した障害物位置と、前記車両移動速度検出器で求めた車両移動速度から、障害物に近づく速度を求め、障害物接近速度及び障害物と車両間の距離から、衝突を予測することを特徴とする請求項８に記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項１０】
前記走行補正手段は、安全な方向へ旋回するための旋回力を左右駆動輪に対する駆動力の差として付加することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両。
【請求項１１】
前記走行補正手段は、衝突しないように推進又は旋回又は横移動の速度を制限することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物回避機能付き車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配膳車、手術台、工場用運搬台車等の手押し台車、さらには、シニアカート、車椅子、ゴルフカート等の乗って操作する台車などのように、人が手などの身体の一部を用いて操作する車両において、衝突を回避する機能を組み込むことが行われている。例えば、障害物を検知する障害物検出部を備え、障害物検出信号に基づき、前進方向の駆動力をオフにし、後進方向の駆動力をオンにする駆動補助付小型車両が知られている。また、衝突の可能性が生じたとき、操舵パターンを修正することで、衝突を回避する車両の自動操舵装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−５０９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、台車などにおいて、比較的車輪の径が小さくて路面近傍における段差、溝などが走行上の問題となるにもかかわらず、上述したような駆動補助付小型車両や自動操舵装置では衝突回避の対象となる障害物として段差や溝などが考慮されていない。障害物検出に３次元距離センサ（３Ｄ距離センサ）を用いたものもあるが、車両近傍の走行路面上で検出した対象が道であるか段差であるかの判断が行われていなく、段差を回避することができない。また、車両の車輪接地面から所定の高さ以下において検出した対象物は道であるとする場合、なだらかに変化する坂などを障害物として誤検知することがある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解消するものであって、人が操作する車両において、段差への衝突や、溝等への転落を回避できる障害物回避機能付き車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、障害物を検知してそれを回避するように走行制御される車両において、走行路面近傍の障害物を３次元情報として認識できる３次元障害物認識手段と、前記３次元障害物認識手段によって得た障害物情報から衝突危険性を判断する衝突予測手段と、前記衝突予測手段で衝突すると予測した際に、衝突しないように走行状態を補正する走行補正手段とを有する障害物回避機能付き車両である。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の障害物回避機能付き車両において、前記３次元障害物認識手段として複数の超音波センサ及び／又は１つ以上の首振り機構付き超音波センサを有するものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の障害物回避機能付き車両において、前記３次元障害物認識手段として３次元レーザレーダを有するものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項３に記載の障害物回避機能付き車両において、車両移動量計測手段をさらに有し、前記３次元障害物認識手段が障害物を検知した後その障害物が検知エリア外となったエリアにおける前記障害物の位置を、前記３次元障害物認識手段によって得た障害物情報と前記車両移動量計測手段によって得た車両移動量から推定するものである。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１に記載の障害物回避機能付き車両において、車両本体水平面に対し俯角をもって設置された２次元レーザレーダと、車両移動量計測手段とをさらに有し、前記２次元レーザレーダからの障害物情報と前記車両移動量計測手段からの車両移動量とから３次元障害物情報を得るものである。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の障害物回避機能付き車両において、前記車両移動量計測手段は、車輪回転計測装置又は加速度計測装置である。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両において、前記障害物認識手段は、所定の水平面から所定以上の高さの変化があるところを障害物位置とするものである。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両において、車両移動速度検出器をさらに有し、前記衝突予測手段は、前記障害物認識手段で認識した障害物位置と、前記車両移動速度検出器で求めた車両移動方向とから、衝突を予測するものである。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項８に記載の障害物回避機能付き車両において、前記衝突予測手段は、前記障害物認識手段で認識した障害物位置と、前記車両移動速度検出器で求めた車両移動速度から、障害物に近づく速度を求め、障害物接近速度及び障害物と車両間の距離から、衝突を予測するものである。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両において、前記走行補正手段は、安全な方向へ旋回するための旋回力を左右駆動輪に対する駆動力の差として付加するものである。
【００１５】
請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の障害物回避機能付き車両において、前記走行補正手段は、衝突しないように推進又は旋回又は横移動の速度を制限するものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、３次元障害物認識手段により道路上の溝や段差などを検出して、走行状態を補正して回避できる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、複数の超音波センサ又は首振り機構つき超音波センサを用いて３次元障害物認識手段を安価に形成して３次元情報を得ることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、３次元レーザレーダの高速スキャンによりリアルタイムに位置分解能良く３次元情報を得ることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、センサ検知エリアを外れても車両近傍における障害物情報を記憶して、死角領域の障害物を回避できる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、２次元レーザレーダによる障害物情報に走行方向の情報を加えることで、比較的安価に３次元障害物情報を得ることができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、車輪回転計測によって安価で比較的正確に車両移動量を得ることができ、また、加速度計測によって車輪等がスリップしても正確に車両移動量を得ることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、所定水平面からの変化量で溝、段差、壁などを障害物として判断してこれらを回避できる。
【００２３】
請求項８及び請求項９の発明によれば、障害物位置と車両移動方向の情報から演算によって容易に衝突を予測できる。
【００２４】
請求項１０乃至請求項１１の発明によれば、車両を安全な状態へ自然に導くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る障害物回避機能付き車両について、図面を参照して説明する。図１は、障害物回避機能付き車両のブロック構成を示し、図２乃至図４は、それぞれ障害物回避機能付き車両の平面、側面、正面から見た構造を示す。障害物回避機能付き車両１（以下、車両１）は、障害物Ｂを検知してそれを回避するように走行制御される車両である。車両１は、図１に示すように、走行路面近傍の障害物Ｂを３次元情報として認識できる３次元障害物認識手段２０と、３次元障害物認識手段２０によって得た障害物情報から衝突危険性を判断する衝突予測手段２１と、衝突予測手段２１で衝突すると予測した際に、衝突しないように走行状態を補正する走行補正手段２２と、さらに、３次元障害物認識手段２０が障害物Ｂを検知した後、その障害物Ｂが検知エリア外となったエリアにおける障害物Ｂの位置を車両移動量から推定するための車両移動量計測手段２３とを有している。これらの各手段は、制御部１２によって統合制御される。また、制御部１２やデータ等を記憶するメモリ１５を含むデータ処理部は、自動制御ユニットＡＣＵに納められている。ブロック構成の詳細説明は、図２乃至図４の説明の後に行う。
【００２６】
車両１は、図２乃至図４に示すように、駆動輪２、操舵輪３、回転速度検出センサ５、、操舵角検出センサ７、超音波距離センサＵＳ（ＵＳ１〜ＵＳ９）、自動制御ユニットＡＣＵ等を備えた４輪の乗車型台車である。駆動輪２は、駆動用モータ４によって、デファレンシャルギア４ａを介して駆動される。操舵輪３は、ハンドル６と操舵機構（ハンドル軸６ａとその先のピニオンギヤ６ｂ及びラック６ｃ）により操舵される。すなわち、操作者がハンドル６を操作することにより、ハンドル６の回転が、ハンドル軸６ａとその先のピニオンギヤ６ｂを介してラック６ｃに伝達され、ラック６ｃが左右に移動することによって操舵輪３の操舵角θが変えられる。また、操舵輪３は、操舵補正用モータ８及び補正駆動機構（ピニオン８ａとラック６ｃ）によっても操舵される（後述）。ハンドル６には、駆動力調整レバー（アクセル）４ａと前後切替スイッチ４ｂが備えられている。駆動力調整レバー４ａによって駆動用モータ４の出力が調整され、前後切替スイッチ４ｂによって駆動モータ４の回転方向、従って車両１の前進・後進方向が切り替えられる。
【００２７】
また、回転速度検出センサ５は、左右の駆動輪２の回転速度を検出する。操舵角検出センサ７は、例えば、ロータリエンコーダからなり、ハンドル軸６ａの回転角を検出して操舵角θを検出する。超音波距離センサＵＳ１〜ＵＳ９は、車両１の前方空間における障害物を３次元的に検出できるように、検知方向を分担して車両１の前方に固定されている。すなわち、図４に示すように、縦横に３×３の格子状に配列された超音波センサＵＳのうち、上段列のものは前方上方、中段列のものは前方水平方向、下段列のものは前方下方を検知領域としている。例えば、縦方向に並んだ超音波距離センサＵＳ４、ＵＳ５、ＵＳ６の検知エリアＡ４、Ａ５、Ａ６が図３に示されている。超音波距離センサＵＳ３、ＵＳ６、ＵＳ９は、車両１の前方下方を検知エリアとしているため、路面１０近傍の溝Ｂ１や段差Ｂ２等の障害物を検出することができる。また、データ処理を行う自動制御ユニットＡＣＵが座席Ｓの下に納められている。
【００２８】
次に、図１に戻って、車両１のブロック構成の詳細を説明する。３次元障害物認識手段２０は、複数の超音波距離センサＵＳと距離データ処理部１１とからなる。超音波距離センサＵＳは、障害物Ｂの位置を検知し、距離データ処理部１１は、超音波距離センサＵＳで得た距離データを処理する。距離データ処理部１１で処理された障害物情報は、制御部１２を介してメモリ１５に記憶される。
【００２９】
衝突予測手段２１は、データ比較部１３と衝突判断部１４とからなる。データ比較部１３は、車両１の走行中にメモリ１５に記憶されたデータを一定時間間隔毎に比較し、衝突判断部１４は、データ比較の結果に基づき、障害物との衝突の可能性を判断する。
【００３０】
走行補正手段２２は、操舵補正用モータ８と、補正モータドライバ８ｄと、補正駆動機構８ｍからなる。補正モータドライバ８ｄは、制御部１２からの指令を受けて操舵補正用モータ８を回転させ、補正駆動機構８ｍを介して操舵論３の操舵補正を行う。操舵輪３は、通常、操作者Ｍが操舵ハンドル６を操作することによって、操舵機構６ｍを介して操舵される。その操舵角は操舵角検出センサ７によって検出され、制御部１２を介してメモり１５に記憶される。なお、補正駆動機構８ｍと操舵機構６ｍとがラック６ｃ（図２）で結合されているので、操舵補正用モータ８による操舵角の変化も操舵角検出センサ７で検出される。
【００３１】
操作者Ｍによる駆動力調整レバー（アクセル）４ａ及び前後切替スイッチ４ｂの操作情報は、駆動モータ制御部１６に伝達され、その状態が制御部１２に伝達されると共に、駆動モータドライバ４ｄに送られる。駆動モータドライバ４ｄは、駆動モータ制御部１６からの指令を受けて駆動用モータ４を回転させ、駆動輪２を駆動させる。
【００３２】
車両移動量計測手段２３は、回転速度検出センサ（エンコーダ）５と、移動量算出部１７とからなる。回転速度検出センサ（エンコーダ）５は、駆動輪２の回転速度を検出し、移動量算出部１７は、駆動輪２の回転速度と走行時間から車両１の移動量、及び移動方向を算出する。移動量及び移動方向情報は、制御部を介してメモリに記憶される。
【００３３】
次に、上述したブロック構成を備えた車両１の障害物回避の動作例を説明する。図５は情報の流れに注目した車両１の動作を示し、図６は障害物と操舵の関係を示す。制御部１２は、複数の超音波距離センサＵＳからの障害物情報、操舵角センサ７からの操舵輪３の情報、エンコーダ５からの駆動輪２の情報、を収集して、衝突判断部１３に渡す。衝突判断部１３は、障害物が検出された場合、検出した障害物に車両１が衝突するかどうか予測して判断する。具体的には、前進状態で操舵角θ（反時計回りを正とする）が正かつ所定値θＬ以上（つまり左旋回）の場合、超音波センサＵＳ１〜ＵＳ３のいずれかが障害物距離として所定値Ｌ１以下の値を返してきたとき（図６、障害物Ｂ３）、衝突判断部１３は、車両１が障害物Ｂ３に衝突する可能性があると判断する。制御部１２は、操舵補正指令を補正モータドライバ８ｄに発して、操舵補正用モータ８の操舵補正力を、操舵角θを小さくする方向に発生させる。
【００３４】
また、制御部１２は、超音波距離センサＵＳ１〜ＵＳ６のいずれかがＬ１よりも小さい所定値Ｌ２以下の障害物距離を返してきた場合（図６、障害物Ｂ４）、駆動モータドライバ４ｄに対して前進速度を小さくする方向に駆動補正指令を出す。制御部１２からの駆動補正指令値と操作者Ｍのアクセル４ａ操作によるモータ制御部１６からの操作指令値とが重畳されて駆動モータドライバ４ｄに入力される。
【００３５】
また、前進状態で操舵角θが負かつかつ絶対値が所定値θＲ以上（つまり右旋回、また、通常θＲ＝θＬ）の場合、超音波センサＵＳ７〜ＵＳ９のいずれかが障害物距離として所定値Ｒ１以下の値を返してきたとき、衝突判断部１３は、車両１が障害物に衝突する可能性があると判断する。制御部１２は、操舵補正指令を補正モータドライバ８ｄに発して、操舵角θの絶対値を小さくする方向に操舵補正用モータ８に操舵補正力を発生させる。また、制御部１２は、超音波距離センサＵＳ４〜９のいずれかがＲ１よりも小さい所定値Ｒ２以下の障害物距離を返してきた場合、前述と同様に、駆動モータドライバ４ｄに対して前進速度を小さくする方向に駆動補正指令を出す。
【００３６】
また、前進かつ操舵角θが−θＲからθＬ間の値（つまり、ほぼ直進走行状態）の場合、超音波距離センサＵＳ１〜ＵＳ９のいずれかが所定値Ｄｃ以下の値を返してきたときは、前進速度を小さくする方向に駆動補正指令を出す。以上は、前進時について述べたが、車両後方に上記同様に距離センサを設けて、後進時に同様の障害物回避制御をしてもよい。また、上述した駆動補正指令の代わりに、駆動停止指令をモータ制御部１６に入れるようにして、モータ制御部１６は駆動停止指令がきたとき駆動用モータ４を停止する、というような構成としたり、ブレーキ機構を設けてそれを回避判断部が直接制御するようにしてもよい。
【００３７】
次に、上述した複数の固定した超音波距離センサＵＳの代わりに用いられる、３次元レーザレーダについて説明する。図７及び図８は、３次元レーダレーダ及びその測定の例を示す。図７に示す３次元レーザレーダは、上方の発光部からのレーザ光をミラー６０で反射して対象空間に投光し、反射光があれば、ミラー６０で反射して、上方の受光部で受光し、レーザ光発光受光間の時間から反射物体の距離を算出するレーダである。ミラー６０は、素平軸回りの揺動運動と、垂直軸まわりの回転運動により、レーザ光を上下左右にスキャンする。
【００３８】
ミラー６０の水平軸回りの揺動運動は、ミラー６０を構成する磁性材料に対し、コイル６４で発生した磁界を、ヨーク６２，６３を介して作用させて行われる。垂直軸回りの回転運動は、モータ６１によって行われる。ミラー６０の反射面姿勢は、ミラー６０によるレーザ光の反射光を、２つの位置検出器ＰＳＤ１，ＰＳＤ２によって検出することで行われる。ミラー６０の反射面姿勢からレーザ光を反射した物体の方向が求められる。また、ミラー６０の揺動運動と回転運動の位相をずらすことで、図８に示すように、スキャンの軌跡をずらして面状のスキャンを行うことができる。
【００３９】
次に、３次元レーザレーダを備えた車両について説明する。図９（ａ）（ｂ）は、３次元レーザレーダＬＤ３を前方に備えた走行状態の車両１を示す。この車両１のブロック構成は、前述の図１に示したブロック構成において、３次元障害物認識手段２０の複数の超音波距離センサＵＳを３次元レーザレーダＬＤ３で置き換えたものと同じである。３次元レーザレーダの検知エリアＡ１０は、３次元レーザレーダを頂点とする前方に広がる錐体の３次元空間であり、その空間における空間点毎に３次元的に障害物を認識することができる。しかしながら、図９（ａ）に示すように、３次元レーザレーダＬＤ３で、放射状の検知エリアＡ１０の中に障害物Ｂ５が一旦検出されても、図９（ｂ）に示すように、車両１が障害物５に近付き過ぎると検出範囲から外れてしまう。検知エリアＡ１０から外れた、上又は左右の空間における障害物に対しても、同様に死角となって検出されなくなる。
【００４０】
このような死角領域に対処して、障害物を回避するために、一旦検知エリアで検出した障害物が近づくことで検知エリアを外れるものは、車両本体の移動量からその障害物が、車両からどの位置にあるかの推定が行われる。従って、車両１が、現時点における自己位置を把握しておく必要がある。この自己位置把握は、走行距離等から軌跡推定をして現在位置を推定するいわゆるデッドレコニング（Ｄｅａｄ  Ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ：自己位置推定）により行われる。以下、その方法を説明する。
【００４１】
図１０は、建物内の床面などに固定された絶対座標系ΣＦと、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）、ｔ＝ｔ（ｎ）における車両１に固定された車両座標系ΣＤ（ｎ−１）、ΣＤ（ｎ）、及び障害物Ｂの位置関係を示す。絶対座標系の座標軸をＸＹで表し、車両と共に移動する車両座標系の座標軸をｘｙで表すことにする。簡単のため、ＸＹ面及びｘｙ面は、水平面として、Ｚ、ｚ方向は考えないこととする。車両座標系の原点は、車両１に固定した特定点を任意に選ぶことができる。そこで、車両１の中心を原点とし、車両１の正面前方方向をｘ軸方向、ｘ軸に垂直左の方向をｙ軸方向とする。
【００４２】
各測定時刻（例えば、制御周期ΔＴ毎）、各測定点において３次元レーザレーダ等のセンサで求めた車両座標系における障害物距離データを、車両の移動に応じて、新たな車両座標系における表現に変換することにより、車両１の現在位置と障害物との関係を把握することができる。まず、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）において予測した車両の（現在）位置（Ｘ（ｎ−１），Ｙ（ｎ−１））と、現時刻ｔ＝ｔ（ｎ）におけるエンコーダ値より測定値として算出された車両中心速度（Ｖｘ（ｎ）、Ｖｙ（ｎ）、ω（ｎ））とを用いて、制御周期ΔＴ後（ｔ（ｎ）＝ｔ（ｎ−１）＋ΔＴ）の車両位置（Ｘ（ｎ），Ｙ（ｎ））を算出する。θは操舵角であり、ωは各速度すなわち操舵角θの時間変化率である。絶対座標系ΣＦにおける車両位置は、下式（１）〜（５）で表される。
【００４３】
【数１】
2005128722.tif 000003
【００４４】
次に、時刻ｔ＝ｔ（ｎ）、車両座標系ΣＤ（ｎ）における障害物Ｂの座標（ｘｂ（ｎ），ｙｂ（ｎ））を求める。図１１を参照して説明する。車両座標系ΣＤ（ｎ）は、１制御周期ΔＴ前の、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）における諸量によって表現される。そこで、車両座標系ΣＤ（ｎ）における障害物Ｂの座標（ｘｂ（ｎ），ｙｂ（ｎ））は、車両座標系ΣＤ（ｎ−１）における、車両座標系ΣＤ（ｎ）の原点の座標（Δｘ（ｎ）、Δｙ（ｎ））と障害物Ｂの座標（ｘｂ（ｎ−１），ｙｂ（ｎ−１））を用いて、下式（６）のように表される。また、車両座標系ΣＤ（ｎ）の原点の座標（Δｘ（ｎ）、Δｙ（ｎ））は、前出の式（１）（２）において、Ｘ（ｎ−１），Ｙ（ｎ−１）をそれぞれ０とおいて、Ｘ（ｎ）、Ｙ（ｎ）をそれぞれΔｘ（ｎ）、Δｙ（ｎ）として求めた下式（７）となる。
【００４５】
【数２】
2005128722.tif 000004
【００４６】
上記の式（６）（７）を用いると、時刻ｔ＝０に３次元レーザレーダＬＤ３で測定した障害物Ｂの位置座標（ｘｂ（０）、ｙｂ（０））をもとに、その後、障害物Ｂの位置を測定することなく、車両の制御周期ΔＴ毎の位置移動に合わせた座標変換を積み重ねることによって、時刻ｔ＝ｔ（ｎ）＝ｎ・ΔＴにおける障害物Ｂの位置座標が得られる。そこで、前述のセンサの死角においても障害物情報を保持できるので、障害物回避が可能となる。なお、車両速度Ｖｘ、Ｖｙは、角度計測器の微分や、加速度計の積分で求めてもよい。
【００４７】
次に、上述の３次元レーザレーダに替えて、２次元レーザレーダを用いて、障害物の３次元情報を得る方法について説明する。図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、２次元レーザレーダＬＤ２を備えた車両１を示す。この車両１のブロック構成は、前述の図１に示したブロック構成において、３次元障害物認識手段２０の複数の超音波距離センサＵＳを２次元レーザレーダＬＤ２で置き換えたものと同じである。２次元レーザレーダＬＤ２は、レーザ光が通過した空間が２次元であり、レーザ光を平面に照射した場合、軌跡が線状となる（前述の３次元レーザレーダＬＤ３では、レーザ光が通過した空間は略３次元、軌跡が略面状）。
【００４８】
２次元レーザレーダＬＤ２は、図１２に示すように、車両１の前方の１点から、扇を前方下方に向けて広げたように、同一平面内で左右にレーザ光をスキャンして用いられる。走行路面の大部分が略平面である場合、２次元レーザレーダＬＤ２でスキャンした路面上の軌跡ＬＳは、直線状となる。２次元レーザレーダＬＤ２の検知エリアＡ１１は、扇状となり、その俯角ηとスキャン角度ξ（検知エリアＡ１１面内で定義される）、及び２次元レーザレーダＬＤ２から障害物Ｂ７までの直線距離ｒによって、検知した障害物Ｂ７の３次元情報が得られる。すなわち、車両座標軸ΣＤの原点を２次元レーザレーダＬＤ２の真下の路面上とし、２次元レーザレーダＬＤ２の高さ位置をＨとすると、障害物Ｂ７の座標（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）は、ｘｂ＝ｒ・ｃｏｓ（ξ）・ｃｏｓ（η）、ｙｂ＝ｒ・ｓｉｎ（ξ）、ｚｂ＝Ｈ−ｒ・ｃｏｓ（ξ）・ｓｉｎ（η）となる（図１３参照）。
【００４９】
このような１回のスキャンによる障害物の３次元情報の取得を、自動制御ユニットの制御周期ΔＴ毎に行って、車両移動量計測手段からの車両移動量と共にメモリに記憶することにより、障害物に対するより完全な３次元情報を得ることができる。図１４（ａ）（ｂ）は、２次元レーザレーダによる障害物情報の取得例を示す。２次元レーザレーダＬＤ２でスキャンしながら走行中に、図１４（ａ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）において、路面１０近傍の凸部障害物Ｂ７を検出し、図１４（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝ｔ（ｎ）において、路面１０近傍の溝部障害物Ｂ８を検出したとする（図１２参照）。車両座標系の設定は図１３におけるものと同様である。
【００５０】
２次元レーザレーダＬＤ２による測定点を点ｐ１〜ｐ９で表すと、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）では、測定点ｐ２以外は直線上に並び、また、時刻ｔ＝ｔ（ｎ）では、測定点ｐ６，ｐ７以外は直線上に並んでいる。すなわち、測定点ｐ２は、凸部障害物Ｂ７上の点であり、また、測定点ｐ６，ｐ７は、溝部障害物Ｂ８内の点である。このように、１回のレーザスキャンによる測定点の座標比較から、障害物情報をえることができる。例えば、時刻ｔ＝ｔ（ｎ−１）においては、測定点ｐ２のｘｙｚ座標値が、互いに同じｘｚ座標値を有する他の測定点と異なり、固有の座標値（ｘｘ２，ｙｙ２，ｚｚ２）を有している。時刻ｔ＝ｔ（ｎ）においても同様に、測定点ｐ６，ｐ７のｘｚ座標値によって障害物Ｂ８を認識することができる。
【００５１】
また、所定の一定時間内における異なるレーザスキャンによる測定点の組の座標値を互いに比較することによって、走行路面を略平面と見做せない場合に対応して、障害物を認識することができる。このような方法によると、なだらかに路面形状が変化する場合などに対応することができる。移動する車両は、異なる時刻において異なる位置に存在するので、異なる時刻の各測定点を比較するには、測定点座標を同一の座標系で表現する必要がある。例えば、全ての測定点を絶対座標ΣＦで表現したり、車両座標系ΣＤで表現することができる。
【００５２】
全ての測定点を車両座標系ΣＤで表現する方法は、車両の現在位置における障害物の位置や方向の認識が容易である点で優れている。この場合、測定点の比較に際して、比較しようとする記憶した過去の測定点を全て現在の車両座標系ΣＤに変換する必要があるが、その計算負荷は、現在の高速ＭＰＵやＤＳＰによると特に問題とはならない。いずれにせよ、車両が移動しているので、測定値の座標変換が必要であり、前述のデッドレコニングと座標変換を適用することができる。変換に用いられる車両速度は、角度計測器の微分や、加速度計の積分で求めることができる。
【００５３】
次に、上記２次元レーザレーダＬＤ２を用いて障害物回避を行いつつ走行する障害物回避機能付き車両の動作を説明する。図１５は、車両１の走行状態を示す（操作者省略）。図１に示したブロック構成を適宜参照する。車両１の通常の走行状態では、操作者によるハンドル操作（＃１）によってハンドル角の変化（＃２）と操舵角の変化（＃３）が発生し、また、操作者によるアクセル操作（＃４）によって駆動モータの出力が変化する（＃５）。車両１の走行中に、２次元レーザレーダＬＤ２による車両前方スキャンが行われ（＃６）、その測定結果は、自動制御ユニットＡＣＵにおいて、処理され、障害物等の危険個所の認識と記憶がなされる（＃７）。また、エンコーダによって駆動輪の回転速度が検出され（＃８）、自動制御ユニットＡＣＵにおいて車両１の移動量が算出され（＃９）、記憶される（＃７）。
【００５４】
記憶された危険個所と時々刻々の車両の移動量の情報、及びエンコーダから得られる車両移動方向（＃１０）とに基いて、衝突予測手段２１の衝突判断部１４により衝突判定が行われると（＃１１）、制御部１２から衝突回避用補正命令が出される（＃１２）。衝突回避用補正命令は、ハンドル角の補正とアクセルの補正からなり、操作者のハンドル角の設定（＃２）及びアクセル操作（＃４）のそれぞれに対して補正がなされ、車両が衝突しないように走行状態補正がなされる。
【００５５】
次に、衝突予測手段による衝突予測の例を説明する。図１６は、車両１の左旋回状態を示す。障害物認識手段で認識した障害物位置と車両移動速度検出器で求めた車両移動方向とから、障害物と車両の衝突可能性が予測される。車両１は、推進（ｘ方向）や横移動（ｙ方向）に加え旋回が可能な動力車である。図１６に示すように、車両１は、旋回中心の推進速度Ｖｘ、横移動速度Ｖｙ、及び旋回速度ωをそれぞれ一定に保って左旋回移動中であり、現時刻において、点Ｐ１にいるとする。車両１には、その前方に所定の広がり角２φの衝突領域Ａ２１を設定しておく。車両１が、速度を一定に維持して移動して所定時間Ｔｐ後に予測移動経路ＲＴ上の点Ｐ２に達するものとする。ここで、点Ｐ１を中心とする所定半径Ｌの円周と衝突領域Ａ２１の右辺との交点Ｐ４、車両が点Ｐ２にいるときの衝突領域Ａ２２の左辺と前記半径Ｌの円周との交点Ｐ３を定める。点Ｐ４，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ線と円弧Ｐ３−Ｐ４とで囲まれた領域に障害物が存在する場合、車両１が点Ｐ１から一定速度で旋回移動を続けると障害物に衝突すると結論する。
【００５６】
次に、衝突予測手段による衝突予測の他の例を説明する。図１７（ａ）（ｂ）は、車両１と障害物Ｂとの相対速度の関係を示す。衝突予測手段は、車両座標系ΣＤで表した障害物Ｂの位置（ｘｂ、ｙｂ）と、車両移動速度検出器で求めた車両移動速度（Ｖｘ、Ｖｙ）から、障害物Ｂに近づく速度を求め、障害物接近速度Ｖｂｃ及び障害物Ｂと車両１間の距離Ｌｂから、衝突を予測する。走行路面に静止した障害物Ｂを、車両１に固定された車両座標系ΣＤから観測すると、走行路面（絶対座標系ΣＦ）に対する車両１の旋回を含む移動速度（Ｖｘ、Ｖｙ、ω）によって、障害物Ｂが移動して見える。図１７（ａ）に示すように、障害物Ｂが車両１の直線移動速度Ｖによって（−Ｖ）、旋回角速度ωによって（Ｌｂ・ω）の速度を持つ。そこで、これらの速度を合成して得られる障害物Ｂの速度ＶｂはΣＤ座標系で（−Ｖｘ−ｙｂ・ω、−Ｖｙ＋Ｌｂ・ω）となる。簡単のため、ωの項を無視してもよい。
【００５７】
車両１から見た障害物速度Ｖｂが求まると、Ｖｂを車両１の旋回中心と障害物を結ぶ方向の成分Ｖｂｃと、それに垂直な成分Ｖｂｔに分ける。このＶｂｃ成分を障害物Ｂが車両１に衝突しようとする速度とし、ＶｂｃとＬｂとの関係から、障害物Ｂが危険域にあるかどうかを判断する。例えば、図１８に示す障害物接近速度Ｖｂｃと障害物距離Ｌｂとの関係グラフにおける斜線領域ＤＧを危険域として、ある障害物接近速度Ｖｂｃに対する障害物距離Ｌｂが近くて斜線領域ＤＧに入れば衝突危険性有りと判断される。
【００５８】
次に、走行補正手段による衝突回避の例を説明する。図１９は、独立に駆動力を与えられる駆動輪を有する車両１を示す。図２０（ａ）（ｂ）は、前進時と後進時の障害物回避動作を示す。走行補正手段は、安全な方向へ旋回するための旋回力を左右駆動輪に対する駆動力の差として付加して、障害物回避を図ることができる。この車両１は、左右独立の駆動源４Ｌ、４Ｒによって、左右駆動輪２に独立に左輪駆動力ＦＬ、右輪駆動力ＦＲを与えることができる。また、車両１の前輪３ａは自在車輪となっており、従って、車両１は左右の駆動輪２に与えられる駆動力によって操舵される。車両１の前進方向及び旋回の駆動力（Ｆｘ、Ｍ）は、左右の駆動輪２を結ぶ線分の中央を旋回中心とし、左右駆動輪２間の距離をＬｔとすると、Ｆｘ＝ＦＲ＋ＦＬ、Ｍ＝（ＦＲ−ＦＬ）・Ｌｔ／２となる。旋回の駆動力Ｍは力のモーメントであり、Ｍ＞０の場合、車両１は左旋回する。
【００５９】
上述の駆動力の発生による障害物回避を説明する。図２０（ａ）に示すように、現在位置から現在の移動速度（Ｖｘ、Ｖｙ、ω）、現在の駆動力（Ｆｘ、Ｍ）で前進、左旋回して移動するとき、前進中の予測移動経路ＲＴの右側に障害物Ｂが存在し、その障害物Ｂを回避する必要があると判断される場合について述べる。走行補正手段は、衝突しないように推進又は旋回又は横移動の速度を制限する。そして、予測移動経路ＲＴよりも左側に軌道修正して障害物回避が行われる。そこで、走行補正手段は、左右駆動輪２への駆動力を補正して、旋回の駆動力ＭをＭ＋ΔＭ（ΔＭ＞０）として左旋回強化、及び前進の駆動力ＦｘをＦｘ−ΔＦ（ΔＦ＞０）として前進速度減速を行う。同様に、図２０（ｂ）に示すように、右旋回後退時に予測移動経路ＲＴの曲率中心の反対側にある障害物Ｂとの衝突を回避するため、走行補正手段は旋回の駆動力Ｍを絶対値がより大きくなるように補正して、移動経路の曲率半径を小さくする。駆動力Ｆｘ、Ｍの補正は、車両１と障害物との距離や接近速度（図１７におけるＬｂ、Ｖｂｃ）の関数として定めてもよい。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る障害物回避機能付き車両のブロック構成図。
【図２】同上車両の構成を示す平面図。
【図３】同上車両の側面図。
【図４】同上車両の正面図。
【図５】同上車両の制御を説明する模式図。
【図６】同上車両の障害物回避を説明する平面図。
【図７】同上車両で用いられる３次元レーザレーダの構成を示す斜視図。
【図８】同上３次元レーザレーダによる角度スキャンの説明図。
【図９】（ａ）（ｂ）は３次元レーザレーダを備えた同上車両の側面図。
【図１０】同上車両における自己位置推定（デッドレコニング）の説明図。
【図１１】同上車両における自己位置推定（デッドレコニング）の説明図。
【図１２】（ａ）は２次元レーザレーダを備えた同上車両の平面図、（ｂ）（ｃ）は同側面図。
【図１３】同上２次元レーザレーダによる測定点座標の説明図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上２次元レーザレーダによる３次元障害物認識を説明する斜視図。
【図１５】同上車両の３次元障害物認識を行いながら走行する様子を示す斜視図。
【図１６】同上車両の旋回走行時における衝突予測を説明する平面図。
【図１７】（ａ）（ｂ）は同上車両における衝突予測を説明する平面図。
【図１８】同上車両で用いる障害物接近速度に基づく衝突危険領域判断用のグラフ。
【図１９】本発明に係る障害物回避機能付き車両の他の例を示す平面図。
【図２０】（ａ）は同上車両における前進時の障害物回避動作を示す平面図、（ｂ）は同上車両における後退時の障害物回避動作を示す平面図。
【符号の説明】
【００６１】
１    障害物回避機能付き車両
５    エンコーダ（車輪回転計測装置）
２０    ３次元障害物認識手段
２１    衝突予測手段
２２    走行補正手段
２３    車両移動量計測手段
ＬＤ２    ２次元レーザレーダ
ＬＤ３    ３次元レーザレーダ
ＵＳ、ＵＳ１〜ＵＳ９    超音波センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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