JP2016043903A - 障害物回避システム - Google Patents

Abstract

【課題】軌道上の障害物をセンサにより検知して車両に障害物の情報を伝送することで車両と障害物の衝突を防止する障害物回避システムにおいて、高速走行車両に対しても障害物を検知するセンサ自体の故障を低コストで確実に検知する。
【解決手段】障害物検知用として軌道１０２に沿って一定間隔毎に設置されたセンサ１０１は軌道１０２上の走行車両２０１を自らの障害物検知可能範囲より広い範囲で検知可能であることから、センサ１０１により軌道１０２上を走行する車両２０１を検知し、検知したセンサ１０１の検知結果と複数の近接センサ１０１の検知結果とが一致するか否かを比較することによってセンサ１０１自体の故障を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の走行を妨げる障害物を回避する障害物回避システムに関する。

鉄道や道路などの交通路における障害物の検知は、重大事故である衝突事故を防止する観点で重要である。特に、無人運転車両においては、運転手の代わりに障害物を検知して衝突を回避するシステムが不可欠である。公知の障害物回避システムは、センサで障害物を検知し、その情報を基に車両と障害物の衝突を防止するように制御する。このため、障害物検知用のセンサ自体が故障すると、障害物回避システムは障害物を検知できず、衝突を防止する制御も機能しなくなることから、障害物検知用のセンサの故障を見落としなく検知することが重要不可欠である。

このため、従来から特許文献１または２のように、障害物回避システムにセンサの故障検出を行う機能を追加することで、衝突事故の防止が図られている。
特許文献１には、車両に障害物検知センサを複数装備し（車上センサ方式）、各センサの検知範囲を重複するように設置することで、センサの出力が不一致であるときにいずれかのセンサが故障であると判断する方法、また、前記センサが走行経路のあらかじめ決められた所定位置に設置された物体を検知するか否かによってセンサの故障を判断する方法が記載されている。

また、特許文献２には、踏切脇に設置したセンサ（地上センサ方式）で踏切内の障害物を検知し、センサの検知範囲内のあらかじめ決められた所定位置に設置されたリフレクタなどの標的物体を検知するか否かによってセンサの故障を判断する方法が記載されている。この方法では、地上にセンサを配置し、その検知結果を列車に通信を介して伝達するため、列車から遠方にある障害物も検知することが可能である。

これらの方式で用いる障害物検知用のセンサとしては、走査型レーザレーダ、走査型ミリ波レーダおよびステレオカメラなどが公知である。センサは、物体との距離と物体の大きさを検知して出力することができる。これらのセンサは、検知対象の物体の反射率や大きさによって、検知できる物体までの距離が異なる。例えば、歩行者を検知できる距離は４０〜５０［ｍ］程であり、車両を検知できる距離は１００〜２００［ｍ］程である。

特開２０００−３２１３５０号公報 特開２０１０−０９５１９３号公報

しかし、特許文献１のような車上センサ方式の障害物回避システムには、車両の輸送効率が低下する問題がある。障害物との衝突回避が求められる障害物回避システムでは、障害物を検知してから、障害物の手前までに車両を停止させる必要がある。車両を停止させるために必要な距離である停止距離は、車両の走行速度が高いほど長くなる。車上センサ方式の場合、障害物を検知可能な距離は、車上センサが障害物を検知可能な範囲によって決定される。現在利用されているセンサでは、歩行者を検知できる距離は４０〜５０［ｍ］程である。そのため、車上センサ方式の障害物回避システムを用いて歩行者との衝突を回避するためには、車両は４０［ｍ］で停止できる速度で走行しなければならない制約がある。一般的に、鉄道車両の減速度は３．５［ｋｍ／ｈ／ｓ］程であるため、４０［ｍ］の距離で停止するためには、車両の走行速度は３０［ｋｍ／ｈ］程に制限されてしまう。このため、車両の輸送効率は低下する。

特許文献２では、地上センサ方式に用いる障害物検知用センサ自体の故障を検知するために、新たにリフレクタなどの標的物体を設置しなければならず、またセンサもリフレクタも固定されているため、常にリフレクタを検知している信号を出すような固定出力故障を検知できない問題がある。

地上にセンサを設置した場合にも、特許文献１のように、複数のセンサを検知範囲が重複するように設置して、その出力が一致しない場合にセンサの故障を検知する方法を用いることが可能である。しかし、地上センサ方式では車上センサ方式よりも多数のセンサを用いるため、センサの多重化によってコストの増大を招くという問題がある。

本発明の目的は、高速走行車両においても、固定出力故障を含む障害物検知用センサの故障を低コストで確実に検知する機能を提供することである。

上記課題を解決するために、障害物回避システムは、軌道に沿って一定間隔毎に設置し軌道上の障害物の有無を検知するセンサ群と、センサ群の検知信号に基づいて軌道を走行する車両を制御する該車両上の車両制御装置とを備え、センサ群中の各センサは、障害物を検知可能な距離でかつ一定間隔に相当する第１の検知可能範囲および車両程度の大きさの物体を検知可能な距離でかつ第１の検知可能範囲より広い第２の検知可能範囲を有し、センサ群中の少なくとも２つ以上のセンサが検知する物体の位置を比較する判定手段を地上側装置または車両制御装置を含む車両側装置に設け、センサ群中の任意のセンサが、第１の検知可能範囲の範囲外でかつ第２の検知可能範囲内に存在する物体を検知した位置を第１の検知物体位置とし、任意のセンサに隣接または近接するセンサ群中の１つ以上のセンサが、第２の検知可能範囲内に存在する物体を任意のセンサによる検知と同じタイミングで検知した位置の少なくとも１つを第２の検知物体位置とし、判定手段は、第１の検知物体位置と第２の検知物体位置が不一致である場合に、少なくとも一方のセンサが故障であると判断し、その判断結果を車両制御装置に通知することを特徴とする。

本発明によれば、地上に設置した障害物検知用センサの障害物検知担当範囲が多重配置とならない構成とし、また、移動体車両を検知対象とすることにより、高速走行車両においても、固定出力故障を含む障害物検知用センサの故障を低コストで確実に検知する故障検知方法を提供する。

図１は、実施例１に係る障害物回避システムの構成図である。 図２は、センサ管理情報のデータフォーマットである。 図３は、センサ検知結果のデータフォーマットである。 図４は、障害物位置のデータフォーマットである。 図５は、軌道上の位置の表し方を示した図である。 図６は、センサの検知結果と検知物体の距離および位置との対応表である。 図７は、センサ、軌道および車両との配置関係を図上から見下ろした図である。 図８は、障害物検知可能距離、車両検知可能距離およびセンサ設置間隔の関係を示した図である。 図９は、センサ配置に対して、車両が停止・走行開始時の状態および走行中の２つの状態を示した例である。 図１０は、地上信号装置によって保持される障害物位置のデータを示した例である。 図１１は、実施例１に係るセンサの故障検知処理の流れを示すフローチャートである。 図１２は、選択センサと対応する２つの近接センサによる車両検知結果を示した例である。 図１３は、実施例２に係る障害物回避システムの構成図である。 図１４は、車両在線位置のデータフォーマットである。 図１５は、実施例２に係る車両検知の例を示した図である。 図１６は、実施例２に係るセンサの故障検知処理の流れを示すフローチャートである。 図１７は、車両位置が変化した３つの状況におけるセンサ検知結果を示した例である。

以下、本発明の実施形態として、図面を用いながら実施例１および２について順に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る障害物回避システムの構成図である。実施例１に係る障害物回避システムは、センサ１０１、軌道１０２、地上通信装置１０３、前記センサ１０１と前記地上通信装置１０３を結ぶ第１通信線１０４、地上信号装置１０５、前記地上通信装置１０３と前記地上信号装置１０５を結ぶ第２通信線１０６、地上信号装置内にあるセンサ故障判定器１０７および車両２０１から構成され、車両２０１は内部に、車上通信装置２１１、速度検出装置２１２および車両制御装置２１３を搭載する。
また、実施例１の障害物回避システムは、図２に示すセンサ管理情報３０１、図３に示すセンサ検知結果３０２および図４に示す障害物位置３０３をデータとして利用する。

次に、図１に示す実施例１の障害物回避システムの各構成要素の機能について説明する。ただし、本発明が目的とする障害物回避システムのセンサ故障検知に必要な機能に限定して説明し、それ以外の機能については必要な事項を除いて特に説明しない。
軌道１０２は、例えば鉄レールであり、車両２０１の車輪がその上を転がり、車両２０１の進路を誘導する案内路である。
車両２０１は、軌道１０２上を予め定められた運行計画（ダイヤ）に従って走行し、旅客または貨物の少なくとも一方を輸送する役割を担う。また、センサ１０１に検知されやすいように、車両２０１の外面に反射率が高いリフレクタを取り付けてもよい。

センサ１０１は、例えばミリ波レーダ等を用いた公知のセンサであり、複数のセンサから構成され、それらを地上設備として軌道１０２に沿って一定間隔毎に軌道１０２付近に設置する。センサ１０１は、センサ検知結果３０２（図３）を定期的に出力し、地上通信装置１０３を介して地上信号装置１０５に送信する。
ここで、障害物とは、車両２０１の走行を妨げる物体であり、例えば、軌道１０２内に進入した歩行者４０１（図１）や動物、落下物および他の車両（自動車などの他種の車両だけではなく、同じ軌道１０２を走行する別の車両２０１も含む）などのことをいう。

地上通信装置１０３は、センサ１０１、地上信号装置１０５および車上通信装置２１１それぞれの間の通信を仲介する。
第１通信線１０４は、所定区間の複数のセンサ１０１と地上通信装置１０３を接続する通信線であり、有線または無線のどちらを利用してもよい。

地上信号装置１０５は、演算部、制御部、記憶部および入出力部（図示せず）を有するコンピュータを備える。このコンピュータにより地上信号装置１０５は、地上通信装置１０３を介して得られたセンサ１０１の検知結果３０１と予め保持しているセンサ管理情報３０１を利用して、障害物が存在する軌道１０２上の位置を算出し、障害物位置３０３を作成して、地上通信装置１０３を介して車上通信装置２１１に送信する。また、地上信号装置１０５は、センサ１０１の故障検知を行うセンサ故障判定器１０７を有する。このセンサ故障判定器１０７によりセンサの故障が検知された場合に、地上信号装置１０５は、センサ管理情報３０１の状態を故障に変更し、故障したセンサの障害物検知担当区間を故障区間として、地上通信装置１０３および車上通信装置２１１を介して車上制御装置２１３に送信する。また、地上信号装置１０５は、車両位置の記録と管理、信号機の制御など信号装置として必要な機能も備えている。
第２通信線１０６は、複数の地上通信装置１０３と地上信号装置１０５を接続する通信線であり、有線または無線のどちらを利用してもよい。

センサ故障判定器１０７は、複数のセンサ検知結果３０２を基に地上信号装置１０５が作成した障害物位置３０１を入力として、センサの故障の有無を判定し、判定結果をセンサ管理情報３０１の動作状態に書き出す。センサ故障判定器１０７は、演算部、制御部、記憶部および入出力部を有するコンピュータで構成するか、あるいは、地上信号装置１０５として機能するコンピュータ上で動作するソフトウェアとして構成してもよい。

車上通信装置２１１は、地上通信装置１０３と車両制御装置２１３の間の通信を仲介する。
速度検出装置２１２は、車両２０１の走行速度を検出して車両制御装置２１３に送信する。
車両制御装置２１３は、地上信号装置１０５から車上通信装置２１１を介して受信した障害物検知結果およびセンサの故障検知結果、また、運行計画（ダイヤ）および車両性能（加速度・減速度）にしたがって、車両２０１の走行パタン（制限速度）を決定し、この走行パタンに合わせた走行を行うように車両２０１を制御する。

次に、データの説明に先立って、軌道上の位置について説明する。
図５は、軌道上での位置の表し方を示した図である。軌道上の位置は、軌道１０２の一端を軌道基準点１１１とした距離程で表す。例えば、センサ１０１ａは、距離程４０［ｍ］の地点に設置されていると表す。ただし、位置の表し方については距離程に限定するものではなく、例えば、軌道１０２の一端を基準点１１１とした二次元あるいは三次元の座標で表してもよい。
センサ１０１に関する各データとしては、センサ管理情報３０１、センサ検知結果３０２およびセンサ１０１によって検知された障害物位置３０３がある。

図２は、センサ管理情報３０１のデータフォーマットである。センサ管理情報３０１は、センサ１０１毎に、そのセンサＩＤ、設置位置（距離程で表す）、障害物検知担当区間（距離程で表す）、車両検知可能距離および動作状態を記録したデータで構成される。センサＩＤ、設置位置、障害物検知担当区間および車両検知可能距離は、センサ１０１を設置するときに設定し、地上信号装置１０５が保持する。動作状態は、初期値として「未確定」を設定し、センサ故障判定器１０７がセンサ１０１の動作状態を判断する度に、「正常」あるいは「故障」のいずれかを記録する。

図３は、センサ検知結果３０２のデータフォーマットである。センサ検知結果３０２は、センサ１０１毎に、そのセンサＩＤ、障害物を検知しているか否かを表す検知有無およびセンサ１０１と障害物の距離を表す検知物体距離を記録したデータで構成される。センサ１０１は、一定時間ごとにセンサ検知結果３０２を出力する。

図４は、障害物位置３０３のデータフォーマットである。障害物位置３０３は、センサ１０１毎に、そのセンサＩＤ、障害物を検知しているか否かを表す検知有無および障害物の軌道１０２上での位置を示す検知物体位置（距離程で表す）を記録したデータで構成される。検知物体位置は、地上信号装置１０５において、センサ管理情報３０１が有するセンサの設置位置と、センサ検知結果３０２が有する検知物体距離を用いて算出することができる。例えば、図６は、図５において車両２０１が距離程３０［ｍ］の地点に存在する時の、各センサ１０１のＩＤ、設置位置、車両検知可能距離、検知有無、検知物体距離および検知物体位置を示した対応表８０１である。

障害物検知可能範囲５０１は、障害物回避システムが検知対象とする障害物に対してセンサ１０１が検知可能な範囲である。その範囲は、センサの製品仕様と軌道の形状によって定まる。障害物検知可能範囲５０１を基にして、センサ１０１の設置間隔および障害物検知担当区間を定める。

車両検知可能範囲５０２は、車両に対してセンサが検知可能な範囲である。その範囲は、センサの製品仕様と軌道の形状によって定まる。車両検知可能範囲５０２を用いて、車両が各センサから検知可能な距離を車両検知可能距離として定めることができる。車両検知可能距離は、センサ設置時に地上信号装置１０７が保持するセンサ管理情報３０１に設定する。ただし、センサ１０１は、この車両検知可能範囲５０２内における車両のみを検知するものではなく、車両程度の大きさの物体であれば（反射率等の違いによる検知感度の差はあるかもしれないが）検知することになる。勿論、車両程度の大きさの物体がたとえ車両でなかったとしても、以下で説明するセンサ故障の検知に格別差支えが生じるものではない。また、車両であるか否かの判断は、センサ故障の検知とは別の判断ロジックに基づくことになる（これについても以下で説明する）。

本発明の実施例１は、上記で説明した障害物回避システムを構成するセンサの故障検知を行う方法である。まず、本発明の実施例１が想定するセンサの設置について、図７を用いて説明する。図７は、センサ１０１を設置した軌道１０２およびその上を走行する車両２０１を頭上から見下ろした図である。軌道１０２は１つ以上設置される。センサ１０１は、軌道１０２に沿って一定間隔毎に設置される。設置に際しては、センサ１０１が歩行者などの障害物を検知できる障害物検知可能範囲５０１以下の距離をセンサ設置間隔５０３として、車両２０１が走行するすべての範囲を検知可能となるように設置する。理想的には、各センサ１０１の障害物検知可能範囲５０１と、他のセンサ１０１の障害物検知可能範囲５０１とが重複しないように各センサ１０１を設置する。これにより、必要最低限の個数のセンサ１０１で、車両２０１が走行するすべての範囲の障害物を検知することができる。この点は、障害物検知範囲５０１を多重化してセンサの故障検知を行う従来の方法と比べて、少ないセンサ数で故障検知機能を実現でき、低コスト化を図る上で有利である。

センサ１０１による障害物の検知方法について、先ずは図１を用いて説明する。図１には、障害物回避システムが歩行者４０１を検知対象とする例を示す。各センサ１０１は、歩行者４０１を検知可能な範囲を障害物検知可能範囲５０１としている。上記で説明したように、センサ１０１が理想的に配置された場合には、歩行者４０１が進入した時にある１つのセンサ１０１によって歩行者４０１が検知される。検知された歩行者４０１の検知情報は、地上通信装置１０３、地上信号装置１０５および車上通信装置２１１を介して車両制御装置２１３に伝送される。これにより、車両制御装置２１３は、歩行者４０１を認識して車両２０１と歩行者４０１の衝突を回避する制御を行う。

実施例１に係る障害物回避システムでは、それを構成するセンサ１０１が、検知対象とする物体の反射率と大きさによってその物体に対する検知可能な範囲が異なる性質を用いて、障害物検知のためにセンサ配置の変更を加えることなしに、センサ１０１の故障検知を行う機能を付加する。
ここにおいて、センサ１０１は、障害物を検知するために設置したものであるが、当然のことながら車両の方も検知する。ところが、歩行者と車両では両者の大きさも反射率も異なることから、センサ１０１が検知可能な範囲が異なる。すなわち、センサ１０１が車両２０１を検知できる範囲は、センサ１０１が歩行者４０１を検知できる範囲よりも数倍大きい。本発明は、この点に着目したものである。

図８は、センサ１０１による障害物検知可能範囲５０１、車両検知可能範囲５０２およびセンサ設置間隔５０３の関係を示す図である。上記のとおり、障害物検知可能範囲５０１よりも車両検知可能範囲５０２の方が数倍大きい。センサ１０１は、障害物検知可能範囲５０１以下の間隔で設置されているため、車両２０１は常に複数のセンサ１０１により検知されることになる。そのため、隣接または近接する複数のセンサ１０１が同一の車両２０１を検知した時に、検知した車両位置（距離程）が一致するか否かを比較することによってセンサ１０１が正常に動作しているかを判断することができる。ただし、センサ１０１の検知距離の測定誤差、距離程を算出する際の算術誤差などの誤差を考慮し、隣接または近接する複数のセンサが検知した車両位置に差があっても、その差が前記誤差の許容範囲内であれば一致したものとみなす。

続いて、図９および図１０により隣接または近接するセンサ１０１が車両２０１を検知した場合の検知結果について説明する。図９は、障害物検知可能範囲５０１が５０［ｍ］、車両検知可能範囲５０２が２００［ｍ］およびセンサ設置間隔５０３が４０［ｍ］である場合のセンサ１０１の配置を例示する図である。各センサ１０１ａ〜１０１ｇは、各センサが検知を行う方向からセンサ設置間隔５０３の範囲内の障害物検知を担当する。車両検知可能範囲５０２はセンサ設置間隔５０３の５倍であるため、通常時においては５つのセンサ１０１が同時に同一の車両２０１を検知することが可能である。

図９では、更に、（ａ）として停止・走行開始時の状態および（ｂ）として走行中（停止状態から４０［ｍ］走行した後）の２つの状態を例示する。車両２０１がセンサ１０１の２００［ｍ］以内に接近した時に、センサ１０１は車両２０１を物体として検知し、センサ検知結果３０２を地上信号装置１０５に送信する。センサ検知結果３０２は障害物位置３０３に変換される。

図１０は、図９の（ａ）および（ｂ）それぞれについて、障害物位置３０３として地上信号装置１０５によって保持されるデータを示した例である。
（ａ）停止・走行開始時の状態は、車両２０１が距離程３０［ｍ］の地点に存在している場合の状況である。このとき、センサ１０１ａ〜１０１ｅの５つのセンサと車両２０１間の距離は２００［ｍ］以下となり、この５つのセンサは車両２０１を物体として検知する。
（ｂ）走行中の状態は、車両が４０［ｍ］走行し、距離程７０［ｍ］の地点に存在している場合の状況である。このとき、センサ１０１ｂ〜１０１ｆの５つのセンサと車両２０１間の距離は２００［ｍ］以下となり、この５つのセンサは車両を物体として検知する。このように、車両２０１を検知するセンサ１０１は、車両２１０の走行に合わせてその進行方向に順次遷移していくことになる。

同一の車両を複数のセンサで同時に検知することおよび車両を検知するセンサが車両走行に合わせてその進行方向に順次遷移することを利用して、以下に説明する処理の流れによってセンサの故障を検知する。
図１１は、実施例１に係るセンサの故障検知処理の流れを示すフローチャートである。地上信号装置１０５は、このフローチャートに従った処理を一定時間を周期として実行する。

ステップＳ１０１で、地上信号装置１０５は、全センサ１０１のセンサ検知結果３０２（図３）を取得し、障害物位置３０３（図４）を作成し、その情報を保持する。
以下に示す処理については、各センサ１０１に対して行うことになる。

ステップＳ１０２で、地上信号装置１０５は、この実行周期内で故障検知を行っていないセンサ１０１を１つ選択し、選択センサとする。
ステップＳ１０３で、地上信号装置１０５は、選択センサに隣接する２つのセンサ１０１を近接センサとして選択して、選択した３つのセンサ（選択センサおよび隣接する２つの近接センサ）が同一位置に物体を検知しているかを、センサ故障判定器１０７を用いて３つの各センサが検知した障害物位置３０３の検知物体位置を比較することにより判定する。ただし、選択センサが軌道１０２の端に設置されたセンサ（例えば、図１２の選択センサが１０１ａ）である場合には、一方側に隣接するセンサが存在しなので、他方側に隣接する２つのセンサを近接センサとして選択する。

３つのセンサが同一位置に物体を検知している場合には（Ｙ）、検知物体が車両であると判断できることから、ステップＳ１０４で、地上信号装置１０５は、選択センサは正常と判断する。
他方、３つのセンサが同一位置に物体を検知していない場合には（Ｎ）、ステップＳ１０５で、地上信号装置１０５は、２つの近接センサが同一位置に物体を検知しているかを、センサ故障判定器１０７を用いて２つの近接センサが検知した障害物位置３０３の検知物体位置を比較することにより判定する。
２つの近接センサが同一位置に物体を検知している場合には（Ｙ）、検知物体が車両であると判断できることから、ステップＳ１０６で、地上信号装置１０５は、選択センサは故障と判断する。

ステップＳ１０４およびステップＳ１０６の判断結果を受けて、ステップＳ１０７で、地上信号装置１０５は、選択センサに関するセンサ管理情報３０１の動作状態を更新する。
ステップＳ１０８で、地上信号装置１０５は、この実行周期において、全センサ１０１について故障検知を行ったか否かを判定する。全センサ１０１について故障検知を行っていない場合には（Ｎ）、地上信号装置１０５は、故障検知を行っていないセンサ１０１を再び選択するために、ステップＳ１０２に戻る。他方、全センサ１０１について故障検知を行った場合には（Ｙ）、地上信号装置１０５は、この実行周期の処理を完了する。

次に、実施例１に係るセンサの故障検知処理による具体例を示す。図１２は、選択センサと対応する２つの近接センサによる車両検知結果８０２を示した例である。選択センサとしては、図９で説明した障害物回避システムにおけるセンサ（１０１ａ〜１０１ｆ）を使用した。２つの近接センサの選択は、先のステップＳ１０３の処理が対応する。

センサ１０１ａが選択センサである時（図１２の１行目）、センサ１０１ｂとセンサ１０１ｃが近接センサとなる。この時、センサ１０１ａ、センサ１０１ｂおよびセンサ１０１ｃは全て同一の位置に物体を検知しているため、センサ１０１ａは正常であると判断する（図１１のステップＳ１０４に相当）。

センサ１０１ｂが選択センサである時（図１２の２行目）、センサ１０１ａとセンサ１０１ｃが近接センサとなる。この時、センサ１０１ｂ、センサ１０１ａおよびセンサ１０１ｃは全て同一の位置に物体を検知しているため、センサ１０１ｂは正常であると判断する（図１１のステップＳ１０４に相当）。

センサ１０１ｃが選択センサである時（図１２の３行目）、センサ１０１ｂとセンサ１０１ｄが近接センサとなる。この時、センサ１０１ｃ、センサ１０１ｂおよびセンサ１０１ｄの検知結果の内、センサ１０１ｄが異なる検知結果を示しているため、センサ１０１ｃの状態については、この実行周期では判定・更新を行わない。

センサ１０１ｄが選択センサである時（図１２の４行目）、センサ１０１ｃとセンサ１０１ｅが近接センサとなる。この時、近接センサであるセンサ１０１ｃとセンサ１０１ｅの検知結果は等しい（同一の位置に物体を検知している）が、センサ１０１ｄは異なる検知結果を示している（異なる位置に物体を検知している）ため、センサ１０１ｄは故障であると判断する（図１１のステップＳ１０５およびステップＳ１０６に相当）。

センサ１０１ｅが選択センサである時（図１２の５行目）、センサ１０１ｄとセンサ１０１ｆが近接センサとなる。この時、センサ１０１ｅ、センサ１０１ｄおよびセンサ１０１ｆはそれぞれ異なる検知結果を示しているため、センサ１０１ｅの状態についてはこの実行周期では判定・更新を行わない。

センサ１０１ｆが選択センサである時（図１２の６行目）、センサ１０１ｅとセンサ１０１ｈが近接センサとなる。この時、センサ１０１ｆ、センサ１０１ｅおよびセンサ１０１ｈはそれぞれ異なる検知結果を示しているため、センサ１０１ｆの状態についてはこの実行周期では判定・更新を行わない。

上記のように、地上信号装置１０５は、図１１に示すセンサの故障検知処理を周期的に実行することにより、全センサのセンサ検知結果３０２を取得する。また、障害物位置３０３を作成する実行周期に合わせて処理することで、定期的にセンサの故障検知を行うことができる。

実施例１の特徴は、障害物検知用として軌道１０２に沿って一定間隔毎に設置されたセンサ１０１は、軌道１０２上の走行車両２０１を自らの障害物検知可能範囲５０１より広い範囲で検知可能である。そこで、実施例１では、センサ１０１により軌道１０２上を走行する車両２０１を検知し、検知したセンサの検知結果と複数の近接センサの検知結果とが一致するか否かを比較することによって、センサ１０１の故障を検知する。なお、センサ１０１の検知結果の比較方法については上記の方法のみに限定されるものではない。

また、実施例１では、センサ故障判定器１０７を地上信号装置１０５内に設置するが、これに限定されるものではない。例えば、車両２０１上の車上信号装置２１１または車両制御装置２１３等にセンサ故障判定器１０７を搭載して車両２０１上で各センサの検知結果を比較してセンサの故障検知を行ってもよい。なお、故障検知結果に基づく車両制御については、本発明の対象範囲外であるので、ここでは触れない。
このように、実施例１は、走行する車両を検知対象としてその検知結果からセンサの故障検知をすることから、地上側にリフレクタを設置してこのリフレクタを正しく認識するかでセンサ故障を行う従来の方法と比べて、常に同じ出力をする固定出力故障も検知することができる。

以上では、選択センサと対応する２つの近接センサにより、故障したセンサを検知し特定する方法を提示したが、選択センサと対応する１つの近接センサにより、故障したセンサの特定はできないまでも、少なくとも一方のセンサが故障であるとの検知（センサの故障発生の検知）は可能である。すなわち、選択センサと対応する１つの近接センサのそれぞれの検知結果が相違すれば、少なくとも一方のセンサが故障であると判断できることから、それを以て車両の運行を速やかに停止させるなどの措置を講じるようにする。そうすれば、最小限の車両の安全運行は担保されるという効果を奏することができる。したがって、３つのセンサ（選択センサと対応する２つの近接センサ）の検知結果の比較ができない事態が発生したとしても、最低限上記のように２つのセンサの検知結果の比較が可能であれば、実施例１に係る障害物回避システムを使用する車両運行においても運行の安全を確保することができる。

図１のように、センサ１０１による検知方向が車両２０１の進行方向と正対する方向に向けてセンサ１０１を設置することにより、車両２０１が各センサ１０１の障害物検知担当区間に進入する前に、車両２０１の接近によるセンサ１０１の検知結果に基づきセンサ１０１の故障検知が行われる。そして、センサ１０１が故障であると判断された場合には、地上信号装置１０５からの判断結果を受け取った車両制御装置２１３によって、車両２０１をセンサ１０１が故障している区間よりも手前で停車させることができるため、故障回復時も含め安全な走行制御を実行することができる。

また、センサ１０１が全方向について検知可能なデバイスである場合には、いずれの方向から進入する車両２０１に対しても、車両２０１が各センサ１０１の障害物検知担当区間に進入する前に、これらセンサ１０１の故障検知を行うことができる。

更に、実施例１により派生的に得られる機能として、図１０で示したように、複数の近接センサが同一の位置に物体を検知する時には、この検知物体が車両であると判断することができるため、検知した位置を車両の位置情報として利用することができる。また、必要に応じて、別の検出手段により得た車両の位置情報との比較を通じてその位置情報の補正データとして利用することもできる。この機能は、地上信号装置、車上信号装置および車上制御装置のいずれかにより奏することができる。

本発明に係る実施例２は、実施例１と同様にセンサの故障検知を行う方法であるが、実施例１との相違点は、センサの故障検知のために各センサの検知結果に加えて車両制御装置から得られる車両在線位置を用いる点にある。

図１３は、本発明の実施例２に係る障害物回避システムの構成図である。実施例２の構成も、図１の実施例１に係る障害物回避システムの構成を基本にしているので、実施例１と同じ構成要素については、同じ符号を付与してそのまま使用している。相違点は、新たに、位置情報伝送装置１０８を追加して点である。
また、実施例２の障害物回避システムが利用するデータについては、実施例１で利用するセンサ管理情報３０１（図２）、センサ検知結果３０２（図３）および障害物位置３０３（図４）以外に、新たに、図１４に示す車両在線位置３０４を利用する。

図１３に示す実施例２の構成要素の機能については、実施例１で説明した構成要素の機能に追加する形で説明を加え、実施例１と同じ機能を果たす構成要素については説明を省略する。
位置情報伝送装置１０８は、公知の、バリス（Ｂａｌｉｓｅ；地上−車上間の情報伝送を行う装置を指す用語）およびトランスポンダ（Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ）と呼ばれる装置であり、軌道１０２に沿ってセンサ１０１とは別に一定間隔で設置される。この位置情報伝送装置１０８は、自身の設置位置を距離程として保持し、車両２０１が通過する時に車上通信装置２１１を介して自身の設置位置を車両制御装置２１３に伝送する。

車両制御装置２１３は、実施例１で説明した車両制御に加えて、車両速度検出部２１２が検知した速度を積分して車両の走行距離を算出し、それを基に軌道１０２上における車両２０１の位置（距離程）を算出する。また、この算出した車両位置を、位置情報伝送装置１０８から受信した位置情報を基に補正する。そして、車両制御装置２１３は、この補正後の車両位置を車両在線位置３０４として一定時間ごとに出力し、車上通信装置２１１および地上通信装置１０３を介して地上信号装置１０５に送信する。

地上信号装置１０５は、各車両２０１が備える車両制御装置２１３から車両在線位置３０４を一定時間ごとに受信して、各車両２０１の車両在線位置３０４を保持する。そして、地上信号装置１０５は、この車両在線位置３０４を基に信号の制御を行う。対象としては、例えば、公知のＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などの信号装置を想定する。

また、実施例２の障害物回避システムで用いるデータの内、実施例１で既に説明した、センサ管理情報３０１、センサ検知結果３０２および障害物位置３０３以外の車両在線位置３０４について説明する。
図１４は、車両在線位置３０４のデータフォーマットである。車両在線位置３０４は、車両ごとに、そのＩＤ、車両の進行方向および車両の在線位置（距離程で表す）を記録したデータである。車両２０１の進行方向および在線位置は、この車両ＩＤを付した車両が備える車両制御装置２１３によって算出される。車両在線位置３０４における在線位置は、車両２０１の進行方向における先端部分の位置を表す。

次に、車両在線位置３０４を利用したセンサの故障検知方法について、図１５を用いて説明する。図１５は、実施例２に係る車両検知の例を示した図である。
車両２０１がセンサ１０１ａの車両検知可能範囲５０２に進入した時に、センサ１０１ａは車両２０１を物体として検知する。センサ１０１ａの検知結果は、地上信号装置１０５が障害物位置３０３として保持する。
また、地上信号装置１０５は、上記のとおり、軌道上の各車両の車両在線位置３０４を保持すると共に、各センサ１０１の設置位置をセンサ管理情報３０１が有するデータとして保持している。

実施例２では、車両在線位置３０４から得られた車両位置と同一の位置にセンサ１０１が車両に相当する物体を検知しているか否かを、車両在線位置３０４と障害物位置３０３を比較することによって判断する。そして、その判断結果を用いてセンサ１０１の故障を検知する。ただし、センサ１０１の検知距離の測定誤差、速度検出装置の測定誤差、距離程を算出する際の算術誤差などの各誤差を考慮し、車両在線位置３０４から得られた車両位置と障害物位置３０３とに差があっても、その差が前記誤差の許容範囲内であれば同一の位置と見なす。

図１６は、実施例２によるセンサの故障検知処理の流れを示すフローチャートである。地上信号装置１０５は、このフローチャートに従った処理を一定時間を周期として実行する。
ステップＳ２０１で、地上信号装置１０５は、各車両制御装置２１３から車両在線位置３０４を取得する。
ステップＳ２０２で、地上信号装置１０５は、全センサ１０１のセンサ検知結果３０２を取得し、障害物位置３０３を作成し、その情報を保持する。

以下に示す処理については、各センサ１０１に対して行うことになる。
ステップＳ２０３で、地上信号装置１０５は、この実行周期で故障検知を行っていないセンサ１０１を１つ選択し、選択センサとする。
ステップＳ２０４で、地上信号装置１０５は、センサ管理情報３０１の設置位置および障害物検知担当区間から選択センサの設置位置と設置方向を特定する。ここで、車両在線位置３０４から得られる車両位置のうち、選択センサの設置方向にあってかつ選択センサの設置位置に最も近い車両２０１の車両位置を、比較対象の近接車両位置６０１とする。地上信号装置１０５は、センサ故障判定器１０７を用いて、この近接車両位置６０１と同一の位置に選択センサが物体を検知しているか否かを、近接車両位置６０１と選択センサの障害物位置３０３の検知物体位置とを比較することにより判定する。

選択センサが近接車両位置６０１と同一の位置に物体を検知している（近接車両位置６０１と障害物位置３０３の検知物体位置が一致する）場合には（Ｙ）、ステップＳ２０５で、地上信号装置１０５は、選択センサは正常と判断する。
選択センサが近接車両位置６０１と同一の位置に物体を検知していない（近接車両位置６０１と障害物位置３０３の検知物体位置が一致しない）場合には（Ｎ）、ステップＳ２０６で、地上信号装置１０５は、選択センサの設置位置と前記車両２０１の在線位置との距離を算出し、算出した距離とセンサ管理情報３０１に記録された選択センサの車両検知可能距離とを比較する。

前記距離が車両検知可能範囲５０２以下である場合には（Ｙ）、ステップＳ２０７で、地上信号装置１０５は、センサ故障判定器１０７を用いて、選択センサは故障と判断する。
前記距離が車両検知可能範囲５０２よりも大きい場合には（Ｎ）、ステップＳ２０８で、地上信号装置１０５は、センサ故障判定器１０７を用いて、選択センサは故障とまで断定できず未確定状態と判断する。

ステップＳ２０５およびステップＳ２０７の判断結果を受けて、ステップＳ２０９で、地上信号装置１０５は、選択センサに関するセンサ管理情報３０１の動作状態を更新する。
ステップＳ２１０で、地上信号装置１０５は、この実行周期において、全センサ１０１について故障検知を行ったか否かを判定する。全センサ１０１について故障検知を行っていない場合には（Ｎ）、地上信号装置１０５は、故障検知を行っていないセンサ１０１を再び選択するために、ステップＳ２０３に戻る。他方、全センサ１０１について故障検知を行った場合には（Ｙ）、地上信号装置１０５は、この実行周期の処理を完了する。

次に、実施例２に係るセンサの故障検知処理による具体例を示す。図１７は、車両位置が変化した３つの状況（状況１〜状況３）におけるセンサ検知結果を示した例である。データ９４１〜９４３は、各状況下での車両ＩＤおよび近接車両位置６０１を表す。この例では、全センサの近接車両位置６０１は同一の車両位置である。データ９５１〜９５３は、各状況下でのセンサ１０１の設置位置と物体検知結果を表す（センサ管理情報３０１および障害物位置３０３から必要な情報のみを抜粋）。データ９６１〜９６３は、上記のセンサの故障検知処理によって判断された各センサ１０１の状態を表す。なお、この例では、全てのセンサ１０１の車両検知可能距離は２００［ｍ］である。

まず、状況１における判断結果について説明する。データ９５１より、センサ１０１ａおよびセンサ１０１ｂは、データ９４１が示す近接車両位置６０１と同一の位置に車両に相当する物体を検知していることから、センサ１０１ａおよびセンサ１０１ｂは正常と判断される（図１６のステップＳ２０５に相当）。一方、センサ１０１ｃおよびセンサ１０１ｄは、データ９４１の近接車両位置６０１と同一の位置に車両に相当する物体を検知できない。これは、センサ１０１ｃおよびセンサ１０１ｄの設置位置と近接車両位置６０１との距離が車両検知可能距離より大きいためであるから、センサ１０１ｃおよびセンサ１０１ｄについては判断を行わない。そのため、センサ１０１ｃおよびセンサ１０１ｄの動作状態は、初期値である未確定状態を維持する（図１６のステップＳ２０８に相当）。このように、状況１では、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｄの動作状態の判断結果はデータ９６１のとおりで、地上信号装置１０５は、この結果を車両制御装置２１３に送信する。ただし、センサの動作状態が未確定状態であるセンサ１０１ｃおよびセンサ１０１ｄについては、その障害物検知担当区間を故障区間とみなして車両制御装置２１３に送信してもよい。これによって、より安全側に車両を制御することになる。

次に、状況２における判断結果について説明する。データ９５２より、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｃは、データ９４２が示す近接車両位置６０１と同一の位置に車両に相当する物体を検知していることから、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｃは正常と判断される（図１６のステップＳ２０５に相当）。一方、センサ１０１ｄは、データ９４２が示す近接車両位置６０１と同一の位置に車両に相当する物体を検知できない。これは、センサ１０１ｄの設置位置と近接車両位置６０１との距離が車両検知可能距離より大きいためであるから、センサ１０１ｄについては判断を行わない。そのため、センサ１０１ｄの動作状態は、初期値である未確定状態を維持する（図１６のステップＳ２０８に相当）。このように、状況２では、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｄの動作状態の判断結果はデータ９６２のとおりで、地上信号装置１０５は、この結果を車両制御装置２１３に送信する。ただし、センサの動作状態が未確定状態であるセンサ１０１ｄについては、その障害物検知担当区間を故障区間とみなして車両制御装置２１３に送信してもよい。これによって、より安全側に車両を制御することになる。

最後に、状況３における判断結果について説明する。データ９５３より、センサ１０１ａ〜１０１ｃは、データ９４３が示す近接車両位置６０１と同一の位置に車両に相当する物体を検知していることから、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｃは正常と判断する（図１６のＳ２０５に相当）。一方、センサ１０１ｄは、データ９４３の近接車両位置６０１と同位置に車両に相当する物体を検知していない。また、センサ１０１ｄの設置位置と近接車両位置６０１との距離が車両検知可能距離以下である。したがって、センサ１０１ｄは故障と判断される（図１６のステップＳ２０７に相当）。このように、状況３では、センサ１０１ａ〜センサ１０１ｄの動作状態の判断結果はデータ９６３のとおりで、地上信号装置１０５は、この結果を車両制御装置２１３に送信する。

以上に説明したように、実施例２は、車両制御装置２１３が算出した車両２０１の在線位置から得られた第１の車両位置と、センサ１０１が車両２０１を物体として検知した結果得られた第２の車両位置とを比較することによって、センサ１０１の故障検知を行うことが特徴である。なお、この第１と第２の車両位置を比較する方法については上記の方法に限定されず、他の比較方法を用いてもよい。
また、実施例１と同様に、センサ１０１の故障検知を行うセンサ故障判定器１０７は、地上信号装置１０５内に設置されることに限定されず、例えば、車両２０１上の車上信号装置２１１または車両制御装置２１３等にセンサ故障判定器１０７を搭載して、車両上で各センサの検知結果を比較して故障検知を行うようにしてもよい。

このように、実施例２は、実施例１と同様に、センサ方式の障害物回避システムとして、軌道１０２に沿って障害物を漏れなく検知できるように、障害物検知可能範囲５０２を間隔としてセンサ１０１を配置する。それにより、障害物検知に必要なセンサ数のみでセンサの故障検知機能を付加することができ、この故障検知のために新たなセンサを設ける必要はない。

次に、実施例２により得られる効果および実施例２に派生的に付加し得る機能について説明する。
まず、得られる効果として、地上信号装置が保持する車両在線位置を用いることにより、故障検知対象のセンサから見て車両から遠方に位置するセンサがこの車両を検知することを待つ必要がなく、故障検知対象のセンサと車両間の距離がより大きい段階で、対象となるセンサの故障検知を行うことができる。これにより、センサの故障時でも車両はその故障区間までにより余裕を持って減速することができるか、あるいは、より速い速度で走行する車両であってもその故障区間までに停車させることができる。

また、実施例１による複数センサの検知結果を比較する方法に加えて、実施例２による地上信号装置が保持する車両在線位置をセンサの検知結果と比較する方法も実施することによって、複数の手段から得た車両位置と故障検知対象のセンサから得た車両位置を比較することができ、より確実にセンサの故障検知を行うことができる。
そしてまた、複数のセンサが同一の車両を検知対象として異なる検知結果を出力する場合であっても、地上信号装置が保持する車両在線位置を利用することにより、正しい出力をしているセンサと誤った出力をしているセンサの判別を容易にすることができる。

派生的に付加し得る機能として、複数のセンサで同一の車両を検知しその車両位置を出力する場合、センサは正しい車両位置を検知していると判断できるので、地上信号装置が保持する車両在線位置と比較することにより地上信号装置が保持する車両在線位置が正しいかどうか判定することができる。これにより、車両制御装置および地上信号装置の故障検知を行うことが可能となる。

また、センサが物体を検知し、地上信号装置が前記センサの検知結果から障害物位置３０３の検知物体位置を算出した時、地上信号装置は自ら保持する車両在線位置３０４を基にこの検知物体位置に車両が存在するか確認する。これにより、センサが検知した物体が車両であるか否かを判断することもできる。

そしてまた、トランスポンダやバリスなどの位置情報伝送装置の代わりに、センサの車両検知結果を用いて車両制御装置が算出する車両位置を補正することができる。例えば、上記のように、地上信号装置が自ら保持する車両在線位置を基にセンサが検知した物体が車両であると判断できる場合、また、図６のように複数の近接センサが同一の検知物体位置を示す時、その検知物体は車両であると判断できる場合である。それらの場合には、検知物体位置から最も近い車両の車両制御装置に対して、この検知物体位置のデータを伝達し、それを基に車両制御装置は自らが算出した車両位置を補正することができる。

１０１（１０１ａ〜１０１ｇ） … センサ
１０２ … 軌道
１０３ … 地上通信装置
１０４ … 第１通信線
１０５ … 地上信号装置
１０６ … 第２通信線
１０７ … センサ故障判定器
１０８ … 位置情報伝送装置
１１１ … 軌道基準点
２０１ … 車両
２１１ … 車上通信装置
２１２ … 速度検出装置
２１３ … 車両制御装置
３０１ … センサ管理情報
３０２ … センサ検知結果
３０３ … 障害物位置
３０４ … 車両在線位置
４０１ … 歩行者（障害物）
５０１ … 障害物検知可能範囲
５０２ … 車両検知可能範囲
５０３ … センサ設置間隔

Claims (9)

1. 軌道に沿って一定間隔毎に設置し軌道上の障害物の有無を検知するセンサ群と、
   前記センサ群の検知信号に基づいて前記軌道を走行する車両を制御する該車両上の車両制御装置と
   を備える障害物回避システムであって、
   前記センサ群中の各センサは、上記障害物を検知可能な距離でかつ前記一定間隔に相当する第１の検知可能範囲および上記車両程度の大きさの物体を検知可能な距離でかつ前記第１の検知可能範囲より広い第２の検知可能範囲を有し、
   前記センサ群中の少なくとも２つ以上のセンサが検知する物体の位置を比較する判定手段を地上側装置または前記車両制御装置を含む車両側装置に設け、
   前記センサ群中の任意のセンサが、前記第１の検知可能範囲の範囲外でかつ前記第２の検知可能範囲内に存在する物体を検知した位置を第１の検知物体位置とし、
   前記任意のセンサに隣接または近接する前記センサ群中の１つ以上のセンサが、前記第２の検知可能範囲内に存在する前記物体を前記任意のセンサによる前記検知と同じタイミングで検知した位置の少なくとも１つを第２の検知物体位置とし、
   前記判定手段は、前記第１の検知物体位置と前記第２の検知物体位置が不一致である場合に、少なくとも一方の前記センサが故障であると判断し、当該判断結果を前記車両制御装置に通知する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
2. 請求項１に記載の障害物回避システムであって、
   前記任意のセンサに隣接または近接する前記センサ群中の２つのセンサが、前記第２の検知可能範囲内に存在する前記物体を前記任意のセンサによる前記検知と同じタイミングで検知した位置を前記第２の検知物体位置および第３の検知物体位置とし、
   前記判定手段は、前記第１から前記第３の３つの検知物体位置が一致する場合には少なくとも前記任意のセンサは正常であると判断し、前記第２および前記第３の２つの検知物体位置が一致し前記第１の検知物体位置が該一致する２つの検知物体位置と不一致である場合には前記任意のセンサは故障であると判断する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
3. 請求項２に記載の障害物回避システムであって、
   前記判定手段は、前記第１から前記第３の３つの検知物体位置の内で少なくとも２つ以上の検知物体位置が一致する場合には前記物体は車両であって、当該一致した検知物体位置は車両位置であると判断する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
4. 軌道に沿って一定間隔毎に設置し軌道上の障害物の有無を検知するセンサ群と、
   前記センサ群の検知信号に基づいて前記軌道を走行する車両を制御する該車両上の車両制御装置と
   を備える障害物回避システムであって、
   前記センサ群中の各センサは、上記障害物を検知可能な距離でかつ前記一定間隔に相当する第１の検知可能範囲および上記車両程度の大きさの物体を検知可能な距離でかつ前記第１の検知可能範囲より広い第２の検知可能範囲を有し、
   前記車両制御装置は前記車両の在線位置を算出する機能を有し、
   前記センサ群中の任意のセンサが検知した物体の位置と前記車両の在線位置とを比較する判定手段を地上側装置または前記車両制御装置を含む車両側装置に設け、
   前記任意のセンサが物体を検知した位置を検知物体位置とし、
   前記判定手段は、前記検知物体位置と当該検知物体位置に最も近い前記車両の在線位置が不一致である場合には前記センサが故障または故障とみなす判断をし、当該判断結果を前記車両制御装置に通知する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
5. 請求項４に記載の障害物回避システムであって、
   前記判定手段は、前記検知物体位置と当該検知物体位置に最も近い前記車両の在線位置が一致する場合には前記任意のセンサは正常であると判断し、前記検知物体位置と当該検知物体位置に最も近い前記車両の在線位置が不一致でかつ両方の位置間の距離が第２の検知可能範囲以下の場合には前記任意のセンサは故障であると判断する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
6. 請求項５に記載の障害物回避システムであって、
   前記判定手段は、前記検知物体位置と当該検知物体位置に最も近い前記車両の在線位置が一致する場合には前記検知した物体は車両であると判断する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
7. 請求項６に記載の障害物回避システムであって、
   前記車両制御装置は、自らが算出した前記車両の在線位置を、前記判定手段が前記検知した物体は車両であると判断した場合の前記検知物体位置を基に補正する
   ことを特徴する障害物回避システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の障害物回避システムであって、
   前記センサ群はミリ波レーダに代表される指向性を有するセンサで構成され、当該センサの検知方向を前記車両の進行方向と正対する方向に向けて前記センサ群を設置する
   ことを特徴とする障害物回避システム。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の障害物回避システムであって、
   前記軌道を走行する車両の外面に、前記センサが遠方から検知可能であるリフレクタを設置する
   ことを特徴とする障害物回避システム。