JP2016022906A - 電子制御装置及び車載通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多量のデジタル信号を出力するセンサを既存の車載通信ネットワークシステムに接続する際の通信時間のロスをより削減できる電子制御装置及び車載通信ネットワークシステムを提供する。
【解決手段】建設機械の車体に搭載されたセンサ２１Ｒ、２１Ｌ、２２、２３及び建設機械の制御を行う車体制御装置１１０の間に接続される電子制御装置１２０であって、センサからローデータの入力を受ける入力インターフェース１２４、１２５と、ローデータに対して車体制御装置において用いられるデータ形式に変換する処理を実行し、加工データを生成するデータ変換部１２１，１２２，１２３と、車体制御装置１１０に対して、加工データを出力する出力インターフェース１２６と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は電子制御装置及び車載通信ネットワークシステムに係り、特に建設機械の車体に設けられたセンサから車体の制御装置にデータを転送する際の通信量を削減する技術に関する。

ショベル、ダンプなどの建設機械では、多種多様なセンサにより車体内外の状態を把握している。各センサからの情報は車体に備えられた複数のコントローラ（制御装置）のいずれかに入力される。これら複数のコントローラ群は１つまたは複数の通信プロトコルに基づいて相互に接続され、車載通信ネットワークシステムを構成する。各センサから入力された情報は、各コントローラ上で処理・加工され、その結果を他のコントローラと送受信することで、車体アクチュエータ制御や車体状態監視に用いられる。

車体コントローラに関する先行技術として、特許文献１には、作業機械に設けられた複数のセンサと、センサの検出結果に基いて制御処理を行うコントローラとの間の配線を簡素化するため、車載通信ネットワークシステム上に、複数センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換・フィルタリングしてＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に出力するコンバータを備える構成が開示されている。

また特許文献２には、通信プロトコル仕様の異なるコントローラが混在している建設機械でも、各コントローラ相互間でシリアル通信を可能にするため、通信プロトコルＡのコントローラ群と、通信プロトコルＢのコントローラ群の間に、通信プロトコルＡ，Ｂ両方を備えた情報管理用コントローラを設け、データを収集・加工・記憶する構成が開示されている。

特開２０１２−１６２９６６号公報 特開２００７−３２７３３１号公報

センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＡＮに出力するが、このデジタル信号を受信した車体コントローラは、センサから取得したデータを車体コントローラにおいて実行される制御処理に合ったデータ形式に変換する。この際、データ形式を変換するための処理負荷が車体コントローラにかかるが、特にセンサが複数あり、車体コントローラにおいて異なる制御処理を同時に実行する際には、処理負荷が大きくなるという課題がある。この点につき、特許文献１，２には何ら言及されていない。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、センサから出力されるデータを基に車体制御を行う車体制御装置の処理負荷を削減できる電子制御装置及び車載通信ネットワークシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は建設機械の車体に搭載されたセンサ及び前記建設機械の制御を行う車体制御装置の間に接続される電子制御装置であって、前記センサから、当該センサが生成したローデータの入力を受ける入力インターフェースと、前記ローデータに対して前記車体制御装置において用いられるデータ形式に変換する処理を実行し、加工データを生成するデータ変換部と、前記車体制御装置に対して、前記加工データを出力する出力インターフェースと、を備えることを特徴とする。

電子制御装置がセンサから出力されるローデータをよりデータ量が少ない加工データに変換することにより、電子制御装置から車体制御装置に加工データが送信される間の通信時間をより短くすることができる。また、加工データのデータ形式は車体制御装置に対応しているので、車体制御装置が制御処理を実行するに当たり、ローデータから加工データに変換する処理をする必要がなく、車体制御装置の処理負荷を下げることができる。

また本発明は、上記構成において、前記ローデータは、２次元または３次元座標の点群
からなるデジタルデータであって、前記データ変換部は、前記ローデータよりもデータ量が小さい前記加工データに変換する、ことを特徴とする。

これにより、加工データはローデータよりもデータ量が小さいので、電子制御装置から車体制御装置に加工データを転送する際に、より短い時間でデータを転送することができる。

また本発明は、上記構成において、前記車体に複数の前記センサを備え、前記データ変換部は、前記センサを固有に識別するセンサ識別情報、及び前記センサから生成されたローデータに対して実行する前記変換処理を対応付けて規定した変換処理情報を参照し、前記ローデータの生成元となるセンサに対応した変換処理を実行する、ことを特徴とする。

これによりデータ変換部は、変換処理情報を算出してセンサ毎に異なる変換処理を行うことができる。特に同種のセンサであっても、異なる変換処理を行い異なるデータ形式の加工データを生成することができる。

また本発明は、建設機械の車体に搭載されたセンサ、及び前記建設機械の制御を行う車体制御装置を通信接続した車載通信ネットワークシステムであって、前記センサと前記車体制御装置との間に電子制御装置を接続し、前記電子制御装置は、前記センサから、当該センサが生成したローデータの入力を受ける入力インターフェースと、前記ローデータに対して前記車体制御装置において用いられるデータ形式に変換する処理を実行し、変換後のローデータである加工データを生成するデータ変換部と、前記車体制御装置に対して、前記加工データを出力する出力インターフェースと、を備え、前記データ変換部は、前記車体制御装置から、前記建設機械における前記センサの取り付け位置及び前記センサの取り付け姿勢の少なくとも一つを示す座標系情報を取得し、当該座標系情報を用いて前記ローデータを前記加工データに変換する、ことを特徴とする。

電子制御装置がセンサから出力されるローデータをよりデータ量が少ない加工データに変換することにより、電子制御装置から車体制御装置に加工データが送信される間の通信時間をより短くすることができる。また、加工データのデータ形式は車体制御装置の座標系に変換されているので、車体制御装置が制御処理を実行するに当たり、ローデータから加工データに変換する処理をする必要がなく、車体制御装置の処理負荷を下げることができる。

また本発明は上記構成において、前記センサと前記電子制御装置とは汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークにより接続し、前記電子制御装置と前記車体制御装置とは、前記汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークよりも通信速度が遅い車載通信ネットワークシステムにより接続する、ことを特徴とする。

これにより、車載通信ネットワークシステムの規格にある通信速度では通信時間の遅延が発生する可能性があるローデータがセンサから出力される場合に、電子制御装置までは汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークで受信し、その後加工データに変換してから車載通信ネットワークシステムに流すので、ローデータのデータ量が車載通信ネットワークシステムの規格に対して大きい場合にも、通信時間の遅延の発生を抑止できる。また、電子制御装置を介して汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークと車載通信ネットワークシステムとを接続するので、ローデータと加工データとの通信プロトコルが異なっていても電子制御装置でプロトコル変換を行うことができる。そのため、センサの追加や変更時に、車載通信ネットワークシステムの通信プロトコルによる制約を受けずセンサの追加・変更が容易にできる。

本発明によれば、多量のデジタル信号を出力するセンサを既存の車載通信ネットワークシステムに接続する際の通信時間のロスをより削減できる電子制御装置及び車載通信ネットワークシステムを提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

鉱山用運搬車両であるダンプトラックの外観図 ダンプトラックに搭載される外界認識センサの検出エリアを示す図であって、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。 車載通信ネットワークシステム構成を示す概略構成図 中継コントローラの機能構成を示すブロック図 路肩検出点の算出処理を示す図 路肩形状算出処理を示す図 車体制御コントローラの機能構成を示すブロック図 第二実施形態における中継コントローラの接続状態を示す図 中継コントローラに格納される変換処理ルールを規定したテーブル例 車載通信ネットワークシステム構成を示す概略構成図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

まず、図１及び図２を参照して本実施形態に係る車両の外観図について説明する。図１は、鉱山用運搬車両であるダンプトラックの外観図を示す。図２は本実施形態に係るダンプトラックに搭載される外界認識センサの検出エリアを示す図であって、（ａ）は側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。本実施形態に係るダンプは、運転手が搭乗して操縦する、所謂有人ダンプでもよいし、運転手が搭乗することなく自律走行する自律走行ダンプトラックでもよい。以下では、有人ダンプを例に挙げて説明する。

図１に示すように、ダンプトラック（以下ダンプと略記する）１０は、本体を形成するフレーム１１と、前輪１２Ｒ、１２Ｌ及び後輪１３Ｌ（右側後輪１３Ｒは図１では不図示）と、フレーム１１の後方部分に設けられたヒンジピン（図示せず）を回動中心として上下方向に回動可能な荷台１４と、この荷台１４を上下方向に回動させる左右一対のホイストシリンダ（図示せず）と、を含む。フレーム１１の前方情報には、運転手が搭乗する運転室１５が備えられる。そして運転席前方に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）電波を受信するためのＧＰＳアンテナ１６Ｒ、１６Ｌが備えられる。フレーム１１の前面にはラジエターを収容する建屋１７が備えられる。

ダンプ１０は、ダンプ１０の周辺環境を認識するための外界認識センサや、車体情報を収集するためのセンサを複数備える。例えば、本実施形態では外界認識センサＡとして右カメラ２１Ｒ及び左カメラ２１Ｌと、外界認識センサＢとしてレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ）２２と、外界認識センサＣとしてのドップラ式レーダ（ミリ波レーダ）２３を備える。右カメラ２１Ｒ、及び左カメラ２１Ｌはダンプ１０の前面右側及び左側の運転室１５よりも高い位置に備えられる（図２（ａ）参照）ＬＲＦ２２は建屋１７の上側、ミリ波レーダ２３は建屋１７の下側に備えられる（図２（ａ）参照）。以下、右カメラ２１Ｒ及び左カメラ２１を総称してステレオカメラ２１という。

図２（ｂ）を参照して外界認識センサＡ、Ｂ、Ｃの認識範囲について説明する。まず、ミリ波レーダ２３が最も遠方まで届く認識範囲を有する。次いでＬＲＦ２２がよりダンプ１０により近く、かつ車幅方向には最も広い認識範囲を有する。そして、ステレオカメラ２１の認識範囲が最もダンプ１０に近い位置にある。

また図１では図示を省略するものの、ダンプ１０は、ダンプトラック１０の速度センサ（車輪回転数検出センサ）、運転室１５の内部にある走行ペダルの踏込量を検出するペダル操作量センサを備える。

更に、ダンプトラック１０は、ダンプ１０の車体・走行制御を行う車体制御コントローラ（電子制御装置）１１０を備える。車体制御コントローラ（電子制御装置）１１０は、車載通信ネットワークシステムを介して、各センサと通信接続される。

図３を参照して、ダンプトラック１０に搭載される車載通信ネットワークシステムについて説明する。図３は、車載通信ネットワークシステム構成を示す概略構成図である。

図３に示すように車載通信ネットワークシステム１００は、ダンプ１０の主制御を行う車体制御コントローラ１１０、中継コントローラ１２０、情報表示コントローラ１３０、ポンプ制御コントローラ１４０、エンジン制御コントローラ１５０、及びブレーキ制御コントローラ１６０、センサ群２０、モニタ３０、ポンプ４０、エンジン５０、及びブレーキ６０が互いに通信接続されて構成される。

センサ群２０には、ステレオカメラ２１、ＬＲＦ２２、ミリ波レーダ２３、速度センサ２４、及びペダル操作量センサ２５が含まれる。

車体制御コントローラ１１０と、中継コントローラ１２０、情報表示コントローラ１３０、ポンプ制御コントローラ１４０、エンジン制御コントローラ１５０及びブレーキ制御コントローラ１６０の其々とは、車載ネットワーク通信ライン（例えば高速ＣＡＮ：通信速度は１Ｍｂｐｓ未満）１７０を介して接続されている。ＣＡＮの通信速度の種類には、２５０ｋｂｐｓ、５００ｋｂｐｓ、及び１Ｍｂｐｓがあり、本実施形態では最速のＣＡＮを高速ＣＡＮ、最も低速のＣＡＮを低速ＣＡＮと称する。

センサ群２０のうち、ステレオカメラ２１及びＬＲＦ２２は汎用高速通信プロトコル（例えばイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）：通信速度は１Ｇｂｐｓ未満）１７１を介して中継コントローラ１２０と接続され、各センサが生成するローデータが中継コントローラ１２０に出力される。

ミリ波レーダ２３は、各コントローラ間の車載通信ネットワーク１７０とは異なる規格の車載通信ネットワークである低速ＣＡＮ１７２（通信速度：２５０Ｋｂｐｓ未満）を介して中継コントローラ１２０に接続され、そのローデータが送られる。

更に車体制御コントローラ１１０は、通信線１７３を介して速度センサ２４と接続される。そして、速度センサ２４の検出値がパルス信号として車体制御コントローラ１１０に入力される。

また、車体制御コントローラ１１０は、通信線１７４を介してペダル操作量センサ２５と接続される。そしてペダル操作量センサ２５が検出したペダル（不図示）の踏込量を示すアナログ信号が、車体制御コントローラ１１０に入力される。

情報コントローラ１３０は、通信線１７５を介して運転室１５に設置されたモニタ３０が接続される。そして、情報コントローラ１３０は、車体制御コントローラ１１０から高速ＣＡＮを介して取得した警報表示信号や表示制御信号（デジタル信号）に基づいて、表示内容を示すアナログ信号（ＮＴＳＣ信号：Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅの規格に準拠したコンポジット映像信号）を生成し、モニタ３０に対して出力する。

ポンプ制御コントローラ１４０は、通信線１７６を介してポンプ４０に接続される。そして、ポンプ制御コントローラ１４０は、車体制御コントローラ１１０から高速ＣＡＮを介して取得したポンプ制御信号（デジタル信号）に基づいて、ポンプ４０の傾転角を制御するための傾転角制御信号（アナログ信号）を生成し、ポンプ４０に対して出力する。

エンジン制御コントローラ１５０は、通信線１７７を介してエンジン５０に接続される。そして、エンジン制御コントローラ１５０は、車体制御コントローラ１１０から高速ＣＡＮを介して取得したエンジン制御信号（デジタル信号）に基づいて、エンジン６０の回転数を制御するための回転数制御信号（アナログ信号）を生成し、エンジン５０に対して出力する。

ブレーキ制御コントローラ１６０は、通信線１７８を介してブレーキ６０に接続される。そして、ブレーキ制御コントローラ１６０は、車体制御コントローラ１１０から高速ＣＡＮを介して取得した制動信号（デジタル信号）に基づいて、ブレーキ６０を駆動させるための駆動制御信号（アナログ信号）を生成し、ブレーキ６０を駆動する。なお、ブレーキ６０には、機械ブレーキ及びサービスブレーキの双方が含まれる。

次に図４乃至図６を参照して、中継コントローラ１２０の内部構成について説明する。図４は、中継コントローラの機能構成を示すブロック図である。図５は、路肩検出点の算出処理を示す図である。図６は、路肩形状算出処理を示す図である。

図４に示すように中継コントローラ１２０は、ステレオカメラ２１からのローデータから、検出対象物を抽出する画像処理ブロック１２１と、ＬＲＦ２２からのローデータを基に路肩の検出処理を行う路肩検出ブロック１２２と、ミリ波データ２３からのローデータを基に移動障害物の検出を行う移動障害物検出部１２３と、イーサネットインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」）１２４、低速ＣＡＮＩ／Ｆ１２５、及び高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６を含み、これらがバス１２７を介して互いに接続されて構成される。イーサネットＩ／Ｆ１２４、低速ＣＡＮＩ／Ｆ１２５が入力インターフェースに相当し高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６が出力インターフェースに相当する。

画像処理ブロック１２１は、相関処理部１２１ａ、ノイズ処理部１２１ｂ、対象画像抽出部１２１ｃを含む。

また、路肩検出ブロック１２２は、路肩検出点算出部１２２ａ及び路肩形状検出部１２２ｂを含む。

画像処理ブロック１２１、路肩検出ブロック１２２、及び移動障害物検出部１２３は、各ブロックの機能を実現する集積回路により構成される。また中継コントローラ１２０をＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤを含むハードウェアと、上記ブロックの機能を実現するソフトウェアとを含んで構成し、このソフトウェアがハードウェアにロード、実行されることにより、各機能が実現されるように構成されてもよい。

イーサネットＩ／Ｆ１２４、低速ＣＡＮＩ／Ｆ１２５及び高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６は、各通信規格に適合したコネクタ、及びドライバソフトを含んで構成される。

イーサネットＩ／Ｆ１２４にはステレオカメラ２１及びＬＲＦ２２が接続され、それぞれからローデータが入力される。低速ＣＡＮＩ／Ｆ１２５には、ミリ波レーダ２３が接続される。高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６は、車載ネットワーク通信ライン１７０を介して車体制御コントローラ１１０及び情報表示コントローラ１３０に接続される。

相関処理部１２１ａは、視差がある右カメラ２１Ｒ及び左カメラ２１Ｌのそれぞれから出力されるローデータ内の被写体の相関を基に、右カメラ２１Ｒ及び左カメラ２１Ｌのそれぞれから出力されるローデータを合成して１つの動画像（以下「合成画像データ」という）を生成する。

ノイズ処理部１２１ｂは、合成画像データを構成する各フレームに対し、時系列方向の相関処理を行い、合成画像データ内に相関値が予め定められた閾値以下の被写体が撮像されている場合に、これを前方障害物とは異なる物体である、すなわちノイズであると判定して削除する処理を行う。

対象画像抽出部１２１ｃは、ノイズ削除後の合成画像データから検出対象物が撮像された領域を対象画像データとして抽出する。例えば、検出対象物を、前方を走行するダンプと定義する場合、合成画像データ内のダンプと同色の色情報を基に輪郭抽出処理を行い、予め記憶したダンプの背面形状を示すデータとパターンマッチングを行ってダンプ領域であるかを判別して抽出してもよい。抽出したダンプ領域を示す画像データは、高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６を経由して車体制御コントローラ１１０へ出力される。

また対象画像抽出部１２１ｃは、車体制御コントローラ１１０からステレオカメラ２１の取付位置及び角度を取得し、撮像されたダンプの座標系を、車体の座標系に変換する処理を行ってもよい。更に、障害物として検出するダンプの大きさが既知である場合、予めダンプ１０と検出対象のダンプとの相対位置（距離）、及びその位置におけるダンプ領域の面積やピクセル数とを測定しておき、更正データを生成・記憶しておいてもよい。そして、撮像されたダンプ領域と更正データとの比較を基に、ダンプ１０と撮像されたダンプとの相対位置（距離）を算出してもよい。この場合、車体の座標系に合わせて変換した座標や、相対位置（距離）が、加工データとなる。これにより、後述する車体制御コントローラ１１０の前方障害物判定部１１１の処理の一部を対象画像抽出部１２１ｃが担うこととなり、車体制御コントローラ１１０の処理負荷を下げることができる。

また、対象画像抽出部１２１ｃは、ステレオカメラ２１の取り付け位置及びセンサの取り付け姿勢（パン、チルト）の少なくとも一つを示す座標系情報を取得し、障害物のダンプ１０に対する相対位置をダンプ１０の座標系に変換した加工データを生成してもよい。

低速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６は、ＬＲＦ２２のそれぞれとイーサネット１６１を介して接続され、ＬＲＦ２２が生成したローデータ、より具体的には２次元ポイントクラウドにより定義されたデータが中継コントローラ１２０へ入力される。

路肩検出ブロック１２２は、路肩検出点算出部１２２ａ及び路肩形状検出部１２２ｂを含む。路肩検出点算出部１２２ａは、２次元ポイントクラウドにより定義されたデータを基に、ダンプ１０の左右両側に位置する路肩を検出する。また、路肩形状検出部１２２ｂは、路肩の形状を、ベクトルを用いて検出する。

路肩検出点算出部１２２ａは、２次元座標（ｘ、ｙ）を路肩検出点として検出する。図５の例では、路肩検出点算出部１２２ａは、ＬＲＦ２２の認識領域内Ｒ＿ＬＲＦにおいて、ダンプ１０の右側にある路肩のうちの最も近い点Ｐ_ＲＯ（ｘ_ＲＯ，ｙ_ＲＯ）、最も遠いである点Ｐ_ＲＯ（ｘ_Ｒｎ，ｙ_Ｒｎ）、左側にある路肩のうちの最も近い点Ｐ_ＬＯ（ｘ_ＬＯ，ｙ_ＬＯ）、最も遠い点Ｐ_Ｌｎ（ｘ_Ｌｎ，ｙ_Ｌｎ）の合計４点を検出する。路肩検出点算出処理は、例えばＬＲＦ２２から出力される光の反射点までの距離の変曲点を路肩検出点候補として検出し、それらの路肩検出点候補の内、左右各側において最も近い点及び最も遠い点を路肩検出点として決定してもよい。これら路肩検出点の２次元座標が加工データに相当し、高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６を経由して車体制御コントローラ１１０へ出力される。

路肩形状検出部１２２ｂは、路肩の走行方向及び位置をベクトルにより表す。図６の例では、路肩形状検出部１２２ｂは、ＬＲＦ２２の認識領域内Ｒ＿ＬＲＦにおいて、ダンプ１０の右側にある路肩のうちの最も近い点Ｐ_ＲＯ（ｘ_ＲＯ，ｙ_ＲＯ）、最も遠い点Ｐ_Ｒｎ（ｘ_Ｒｎ，ｙ_Ｒｎ）、及びその間の中継点Ｐ_Ｒｉ（ｘ_Ｒｉ，ｙ_Ｒｉ）を算出し、始点がＰ_ＲＯ（ｘ_ＲＯ，ｙ_ＲＯ）、終点がＰ_Ｒｉ（ｘ_Ｒｉ，ｙ_Ｒｉ）のベクトルと、始点がＰ_Ｒｉ（ｘ_Ｒｉ，ｙ_Ｒｉ）、終点がＰ_Ｒｎ（ｘ_Ｒｎ，ｙ_Ｒｎ）のベクトルとの二つを算出する。

ベクトル数は二つに限らない。例えば図６の左側路肩の形状は、中継点を４つ設け、合計五つのベクトルを算出して路肩形状を特定する。これら路肩形状を特定するためのベクトルが加工データに相当し、高速ＣＡＮＩ／Ｆ１２６を経由して車体制御コントローラ１１０へ出力される。

移動障害物検出部１２３は、ミリ波レーダ２３のローデータを基に、ダンプ１０と障害物との相対位置、及びドップラ効果を用いて障害物の相対速度を算出し、これらが加工データとなる。

次に、図７を参照して車体制御コントローラ１１０の内部構成について説明する。図７は、車体制御コントローラの機能構成を示すブロック図である。

図７に示すように車体制御コントローラは、前方障害物判定部１１１、側方障害物判定部１１２、走行制御部１１３、警報指示部１１４、アナログ・デジタル信号Ｉ／Ｆ１１５、及び高速ＣＡＮＩ／Ｆ１１６を含み、これらがバス１１７を介して互いに接続されて構成される。アナログ・デジタル信号Ｉ／Ｆ１１６には速度センサ２４及びペダル操作量センサ２５が接続される。これらのセンサのローデータは、車速の算出に用いられる。そして、例えば前方障害物判定部１１１における衝突可能性の判定において、自車両の速度として算出値が用いられる。

前方障害物判定部１１１、側方障害物判定部１１２、走行制御部１１３、警報指示部１１４も、集積回路や既述のハードウェア及び上記ブロックの機能を実現するソフトウェアが協働することで構成されてよい。

前方障害物判定部１１１は、ステレオカメラ２１のローデータから生成した加工データ（対象物の画像データ）に障害物が撮像されているかを判定する。障害物が撮像されている場合、前方障害物判定部１１１は検出対象物の位置（車体から見た相対的な座標値）及びサイズを算出し、前方障害物までの距離を測定し、衝突危険性を判定する。また、前方障害物判定部１１１は、ミリ波レーダ２３のローデータから生成した加工データから検出対象物の位置（車体から見た相対的な座標値）と相対速度を取得し、衝突可能性を判定する。衝突可能性ありと判断された場合は、判定結果を警報指示部１１４に出力する。警報指示部１１４は、情報表示コントローラ１３０に対して警報信号を出力し、モニタ３０に前方衝突警報メッセージを表示してオペレータに警報を発する。更に、走行制御部１１３に対して前方障害物までの距離を含む制動要求信号を出力してもよい。

側方障害物判定部１１２は、ＬＲＦ２２のローデータから生成した加工データを基に、ダンプ１０側方に位置する路肩や壁への接近を検出するための側方障害物判定処理を行う。具体的には、側方障害物判定部１１２は、ダンプ１０から最も近い検出点の位置（相対的な座標値）を算出し、これが側方障害物との最接近距離を規定した距離閾値以下であるかを判定する。検出点までの距離が距離閾値以下の場合に、警報指示部１１４は、情報表示コントローラ１３０に対して警報信号を出力する。情報表示コントローラ１３０は、警報信号を受け取ると、モニタ３０に路肩逸脱警報メッセージを表示してオペレータに警報を発する。

走行制御部１１３は、制動要求信号に含まれる前方障害物まで距離に基いて必要な制動量を算出し、制動指示信号をブレーキ制御コントローラ１６０に対して出力する。ブレーキ制御コントローラ１６０は制動指示信号に従ってブレーキを作動させる。これにより、前方障害物との衝突を抑止する。

次に、外界認識センサが出力するローデータデータ量及び通信速度例について説明する。

まずカメラ２１Ｒ、２１Ｌの其々からのローデータについて説明する。このローデータは、３次元（ｘ，ｙ，ｚ）のポイントクラウド（点群）により構成される。この場合に中継コントローラ１２０へローデータを送信するために必要な通信速度Ｓ１は、下式（１）により表せる。

Ｓ１＝座標点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）×（画像幅Ｗ×画像高さＨ）×ｆｐｓ・・・（１）

例えば、画像サイズが（Ｗ， Ｈ）＝（６４０， ４８０）、座標値が各２ｂｙｔｅ、フレームレートが１５ｆｐｓの場合、各値を式（１）に代入すると、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）：６ｂｙｔｅ×６４０×４８０×３０＝２１０Ｍｂｐｓ・・・（１）’
となり、２１０Ｍｂｐｓ以上の通信速度が必要となる。そこで、イーサネットで各カメラ２１Ｒ、２１Ｌと中継コントローラ１２０とを接続し、ローデータを出力する。

次にＬＲＦ２２からのローデータについて説明する。このローデータは、２次元（ｘ，ｙ）のポイントクラウド（点群）により構成される。この場合に中継コントローラ１２０へローデータを送信するために必要な通信速度Ｓ２は、下式（２）により表せる。
Ｓ２＝座標点（Ｘ，Ｙ）×角度範囲×角度分解能×スキャン頻度・・・（２）

例えば、角度範囲が１８０度、角度分解能が０．２５度、座標値が各４ｂｙｔｅ、頻度５０Ｈｚの場合、各値を式（２）に代入すると、
（Ｘ，Ｙ）：８ｂｙｔｅ×１８０／０．２５×５０＝２．２Ｍｂｐｓ・・・（２）’
となり、２．２Ｍｂｐｓ以上の通信速度が必要となる。そこで、イーサネットで各カメラＬＲＦ２２と中継コントローラ１２０とを接続し、データを出力する。

次にミリ波レーダ２３からのローデータについて説明する。このローデータは、２次元の検出対象物の代表位置及び相対速度を含んで構成される。この場合に中継コントローラ１２０へローデータを送信するために必要な通信速度Ｓ３は、下式（３）により表せる。
Ｓ３＝（検出対象物ＩＤ＋座標点（Ｘ，Ｙ）＋相対速度Ｖ）×検出数×出力頻度・・・（３）

例えば、検出対象物ＩＤ、座標値、相対速度が各２ｂｙｔｅ、検出数が最大６４、出力頻度３０Ｈｚの場合、各値を式（３）に代入すると、
（ＩＤ，Ｘ，Ｙ，Ｖ）：８ｂｙｔｅ×６４×３０＝１３０ｋｂｐｓ＝０．１１７Ｍｂｐｓ・・・（３）’
となり、０．１１７Ｍｂｐｓ以上の通信速度が必要となる。そこで、低速ＣＡＮ（２５０ｋｂｐｓ）でミリ波レーダ２３と中継コントローラ１２０とを接続し、データを出力する。

これらの各センサからのローデータは中継コントローラで受信される。中継コントローラは、各センサの出力値、用途に応じて、車体制御コントローラ１１０が用いることができるデータ（加工データ）を変換する。データの変換方法は、点群から一部を抽出したり、点群をグルーピングして算出した代表点を特定したり、点群の位置関係から算出したベクトル（次元を落としたもの：例えば空間から平面、平面から線分、線分から点に落とす）を算出したりする処理がある。また、これらのいずれかまたはこれらの任意の組み合わせがありうる。

次に中継コントローラ１２０におけるデータ変換処理及び加工データを送信するのに必要な通信速度について説明する。

カメラ２１Ｒ、２１Ｌの其々からのローデータは、検出対象物（障害物）の位置及びサイズを示す加工データに変換される。この場合の通信速度Ｓ４は、下式（４）により表せる。
Ｓ４＝（検出対象物ＩＤ＋座標点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＋対象物サイズ（Ｗ，Ｈ））×検出数 ×出力頻度・・・（４）

例えば、検出対象物ＩＤ、座標値、サイズが各２ｂｙｔｅ、検出数が最大６４、出力頻度１５Ｈｚの場合、各値を式（４）に代入すると、
（ＩＤ，Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ，Ｈ）：１２ｂｙｔｅ×６４×１５＝９０ｋｂｐｓｓ・・・（４）’
となる。式（１）’で求めた通信速度２１０Ｍｂｐｓに比べて、式（４）’の通信速度は９０ｋｂｐｓであるので、より低速の通信速度で加工データを送信できる。なお、上記座標値は、点群をグルーピングして算出した代表点に相当する。

ＬＲＦ（２Ｄ ＬＩＤＡＲ）のローデータは、路肩検出点を示す加工データに変換される。この場合の通信速度Ｓ５は下式（５）で示される。
Ｓ５＝座標点（Ｘ，Ｙ）×左右２点ずつ×出力頻度・・・（５）

例えば座標値が各４ｂｙｔｅ、頻度５０Ｈｚの場合、各値を式（５）に代入すると、
（Ｘ， Ｙ）：８ｂｙｔｅ×２×２×５０＝１２．５ｋｂｐｓ・・・（５）’
となる。式（２）’で求めた通信速度２．２Ｍｂｐｓに比べて、式（５）’の通信速度は１２．５ｋｂｐｓ であるので、低速の通信速度で加工データを送信できる。なお、上記４つの路肩検出点の座標は、点群の一部を抽出したデジタルデータに相当する。

また、ＬＲＦ２２のローデータを、路肩形状ベクトル（点列）に変換した場合の通信速度Ｓ６は、下式（６）により示される。
Ｓ６＝座標点（Ｘ，Ｙ）×最大ベクトル数×左右×出力頻度・・・（６）

例えば、座標値が各４ｂｙｔｅ、最大ベクトル数が１０（始点〜終点＝１１点）、頻度５０Ｈｚの場合、各値を式（６）に代入すると、
（Ｘ，Ｙ）：８ｂｙｔｅ×１１×２×５０＝６９ｋｂｐｓ・・・（６）’
となり、式（２）’で求めた通信速度２．２Ｍｂｐｓに比べて、式（６）’の通信速度は６９ｋｂｐｓであるので、低速の通信速度で加工データを送信できる。

本発明によれば、本発明によれば、センサから出力される多量のデジタル信号からなるローデータを、車体制御に適した内容、形式および数量に変換することで、車体制御コントローラにおける処理負荷を下げることができる。また、加工データはローデータよりもデータ量が一般に少なくなるので、通信速度についての制約が緩くなり、既存の車載通信ネットワークシステムに接続しやすくなるとともに、通信時間のロスがより削減できる。また、中継コントローラにおいて加工データに変換する際に、既存の車載通信ネットワークシステムのプロトコルに合った形式に変換することができるので、センサの追加・変更にも容易に対応が可能である。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、センサを固有に識別し、各センサに応じたローデータの変換処理を行う実施形態である。以下、図８及び図９を参照して第二実施形態について説明する。図８は、第二実施形態における中継コントローラ１２０の接続状態を示す図である。図９は、中継コントローラに格納される変換処理ルールを規定したテーブル例である。

図８に示すように第二実施形態に係る中継コントローラ１２０ａは、外界認識センサＡとして、ダンプ１０の車体後方を撮像するカメラ２１Ｂがイーサネット１／Ｆ１２１に更に接続される。また、外界認識センサＢとして、更なるＬＲＦ２２ａを含む。

また中継コントローラ１２０ａは、センサごとに変換処理を規定した変換テーブル９０（図９参照）を格納した変換処理ルール記憶部２００を備える。変換テーブル９０は、センサを固有に識別するセンサＩＤと、各センサのローデータに対して施す変換処理とを関連付けて記憶する。例えば、第二実施形態では、二つのＬＲＦ２２、２２ａをダンプ１０に搭載するが、ＬＲＦ１（符号２２）のローデータに対しては路肩検出点算出処理を行い、ＬＲＦ２（符号２２ａ）のローデータに対しては路肩形状検出処理を行う。また、後カメラ（不図示）は、車止め検出処理を行う。

また、中継コントローラ１２０ａは、中継コントローラ１２０ａの各機能ブロック、即ち画像処理ブロック１２１、路肩検出点算出部１２２、路肩形状検出部１２３、及び前方移動障害物検出処理部１２４の処理の実行／不実行を設定できるセレクタスイッチ２１０を備えてもよい。セレクタスイッチ２１０による実行／不実行の設定状態は、変換テーブル９０の実行フラグの値として格納される。セレクタスイッチ２１０において実行に設定されていれば「１」を、不実行に設定されていれば「０」が実行フラグレコードに入力される。

また、変換テーブル９０の出力先レコードには、ローデータ又は加工データの出力先が入力される。出力先レコードは、実行フラグの入力に連動して入力値が更新される。出力先は、実行フラグが「１」の場合、出力先は車体制御コントローラ１１０に出力することを示す値「１１０」、実行フラグが「０」の場合、出力先は情報表示コントローラ１３０に出力することを示す値「１３０」、または出力先がないことを示す「ＮＵＬＬ」が入力される。

例えば、前方障害物を検出する処理として、ステレオカメラ２１のローデータを用いた対象物画像抽出処理及びミリ波レーダのローデータを用いた移動障害物検出処理がある。有人ダンプの場合、運転手の死角を補うためにステレオカメラ２１のローデータを用いてモニタ３０にスルー画像を表示しつつ、前方障害物の検出はミリ波レーダだけで行うこともありうる。この場合、ステレオカメラ２１のローデータを用いた対象物画像抽出処理の実行フラグの値を「０」にすると、出力先が「１３０」に変更される。その結果、中継コントローラ１２０から入力されたローデータを基に相関処理部１２１ａが合成画像データを生成し、その合成画像データが情報表示コントローラ１２０へ出力され、モニタ３０にステレオカメラの合成画像が表示されるように構成してもよい。また、中継コントローラ１２０ａは、右カメラ２１Ｒ、左カメラ２１Ｌのローデータをそのまま情報表示コントローラ１３０に出力し、モニタ３０に両カメラからのスルー画像がそれぞれ表示されるように構成してもよい。

また他例として、路肩形状検出処理の実行フラグが「０」に設定されると、中継コントローラ１２０ａにＬＲＦ２（符号２２ａ）のローデータが入力されても、変換処理をされることなく、かつどこにも出力されないように構成してもよい。セレクタスイッチ２１０により、センサのローデータを用いた変換処理の実行を任意に設定し、中継コントローラ１２０ａの変換処理に係る負荷を下げたり、車載ネットワーク通信ライン１７０を流れるデータ量を削減したりすることができる。

セレクタスイッチ２１０の操作は、不図示のユーザインタフェース、例えばタッチパネルやモニタ上に表示されるソフトスイッチから受け付けてもよい。また、セレクタスイッチ２１０を搭載することなく、センサ毎に決められた変換処理を常に実行するように構成してもよい。この場合、変換テーブル９０の実行フラグ及び出力先を規定するレコードは不要である。

本実施形態によれば、センサ毎にローデータの変換処理を変えることができるので、同種類のセンサが複数ある場合にも、ダンプ１０の走行状態に応じた処理を選択的に実行させることができる。

上記各実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更態様がありうる。例えば外界認識センサＣのように、ローデータのデータ量が少ないセンサは、図１０に示すように直接車載ネットワーク通信ライン１１０に接続してもよい。

また本実施形態では、建設機械の例として鉱山用運搬車両を例に挙げて説明したが、油圧ショベルやホイールローダ等、車体に搭載したセンサ及び車体制御コントローラをＣＡＮで接続する車載通信ネットワークシステムであれば本発明を適用することができ、建設機械の種類は問わない。

また、上記実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。また上記実施形態に含まれる構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではなく、適宜省略できる場合がある。

１０ ダンプ
１００ 車載通信ネットワークシステム
１１０ 車体制御コントローラ
１２０ 中継コントローラ

Claims (5)

1. 建設機械の車体に搭載されたセンサ及び前記建設機械の制御を行う車体制御装置の間に接続される電子制御装置であって、
   前記センサから、当該センサが生成したローデータの入力を受ける入力インターフェースと、
   前記ローデータに対して前記車体制御装置において用いられるデータ形式に変換する処理を実行し、加工データを生成するデータ変換部と、
   前記車体制御装置に対して、前記加工データを出力する出力インターフェースと、
   を備えることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記ローデータは、２次元または３次元座標の点群からなるデジタルデータであって、前記データ変換部は、前記ローデータよりもデータ量が小さい前記加工データに変換する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記車体に複数の前記センサを備え、
   前記データ変換部は、前記センサを固有に識別するセンサ識別情報、及び前記センサから生成されたローデータに対して実行する前記変換処理を対応付けて規定した変換処理情報を参照し、前記ローデータの生成元となるセンサに対応した変換処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
4. 建設機械の車体に搭載されたセンサ、及び前記建設機械の制御を行う車体制御装置を通信接続した車載通信ネットワークシステムであって、
   前記センサと前記車体制御装置との間に電子制御装置を接続し、
   前記電子制御装置は、
   前記センサから、当該センサが生成したローデータの入力を受ける入力インターフェースと、
   前記ローデータに対して前記車体制御装置において用いられるデータ形式に変換する処理を実行し、変換後のローデータである加工データを生成するデータ変換部と、
   前記車体制御装置に対して、前記加工データを出力する出力インターフェースと、を備え、
   前記データ変換部は、前記車体制御装置から、前記建設機械における前記センサの取り付け位置及び前記センサの取り付け姿勢の少なくとも一つを示す座標系情報を取得し、当該座標系情報を用いて前記ローデータを前記加工データに変換する、
   ことを特徴とする車載通信ネットワークシステム。
5. 前記センサと前記電子制御装置とは汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークにより接続し、前記電子制御装置と前記車体制御装置とは、前記汎用高速通信プロトコルを用いたネットワークよりも通信速度が遅い車載通信ネットワークシステムにより接続する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の車載通信ネットワークシステム。