JP2016071566A - 障害物回避システム - Google Patents

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Abstract

【課題】走行路上の障害物を回避するにあたり、自車両の走行車線と並んで配置された隣車線上の車両の走行を妨げることなく安全及び効率的に障害物を回避する。
【解決手段】自車両の走行車線210及び隣車線510が並んで配置され、走行車線210の前方にある障害物401を、当該障害物401の隣車線側を通過して回避するための障害物回避システムであって、自車両12に搭載された外界センサからの出力に基づいて、自車両12を基準とする障害物401の相対位置、及び障害物401の車幅方向の大きさwoを検出する。更に障害物401を回避するための自車両12の車幅方向の最大移動量Dtを、障害物401の相対位置、障害物の車幅方向の大きさ、及び自車両12の車幅に基づいて算出する。そして、障害物401の位置から隣車線側に向かって最大移動量変位した地点を回避地点250として求め、当該回避地点250と隣車線510との間の距離dが自車両12の車両幅Wmよりも大きい場合に、自車両12が回避地点250を通過するための回避経路を生成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は障害物回避システムに係り、特に複数車線を含む搬送路における障害物の回避システムに関する。
露天掘り鉱山等において、オペレータが搭乗することなく自律走行する運搬車両（以下「無人ダンプ」という）を管制制御装置に無線通信回線を介して通信接続した自律走行システムが知られている。鉱山環境で稼動する無人ダンプ及びグレーダやドーザ、サービスカー、散水車などオペレータが運転する車両（以下「有人車両」という）の走行位置や作業状態は自律走行システムにて管理されており、車両同士が緩衝しないように、予め生成された地図データと走行位置を基に管制制御されている。
走行路上には、落石や走行路上の落下物等、管制制御の対象外となる障害物が存在する場合がある。このような障害物の回避技術として、例えば特許文献１には「自動ブレーキ制御と操舵アシスト制御の的確な協調制御を行うために、自車と自車前方の障害物との相対位置を検出する相対位置検出手段により検出された障害物との相対位置が、自車前方の第１領域内にある場合には、自動ブレーキ制御を行い、検出された障害物との前記相対位置が、第１領域外の車幅方向に広い第２領域内にある場合には、操舵アシスト制御を行う」（要約参照）技術が開示されている。
特開２０１１−５１５４７号公報
しかしながら、特許文献１では、車両に搭載したレーダなどのセンサで検出可能な自車前方の障害物との位置関係のみに基づいて障害物の回避動作を行うので、例えば対向車線を遠方から走行してくる車両が存在する場合にも、対向車線への回避操舵を許す判定をしてしまう恐れがある。対向車両との位置関係や対向車線へのはみ出し量によっては、対向車両と接触する危険が生じたり、また、接触しない場合にも計画外の減速などによって搬送作業の効率の低下を招いてしまうという課題があるが、この点については特許文献１では考慮されていない。
本発明は、上記した実状に鑑みてなされたもので、走行路上の障害物を回避するにあたり、自車両の走行車線と並んで配置された隣車線上の車両の走行を妨げることなく安全及び効率的に障害物を回避することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、自車両の走行車線及び隣車線が並んで配置され、前記走行車線の前方にある障害物を、当該障害物の前記隣車線側を通過して回避するための障害物回避システムであって、前記自車両に搭載された外界センサからの出力に基づいて、前記自車両を基準とする前記障害物の相対位置、及び前記障害物の車幅方向の大きさを検出する障害物検出部と、前記障害物を回避するための前記自車両の車幅方向の最大移動量を、前記障害物の相対位置、前記障害物の車幅方向の大きさ、及び前記自車両の車幅に基づいて算出する移動量算出部と、前記障害物の位置から前記隣車線側に向かって前記最大移動量変位した地点を回避地点として求め、当該回避地点と前記隣車線の中心線との間の距離が前記自車両の車両幅よりも大きい場合に、前記自車両が前記回避地点を通過するための回避経路を生成する回避経路生成部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、走行路上の障害物を回避するにあたり、自車両の走行車線と並んで配置された隣車線上の車両の走行を妨げることなく安全及び効率的に障害物を回避することができる。なお、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。
障害物回避システムの構成を示す概略図 管制制御装置の構成を示すブロック図 無人ダンプの構成を示すブロック図 第一実施形態における往路及び復路の地図情報例を示す図 障害物回避処理の流れを示すフローチャート 走行許可領域逸脱可否の判定処理の流れを示すフローチャート 無人ダンプの進行領域外に障害物が存在する事例 無人ダンプの進行領域内に障害物が存在し、走行許可領域内で回避が可能な事例を表す図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は車両周辺の拡大図である。 図８の事例における障害物回避動作後に走行経路に復帰する経路を生成する様子を示す図 無人ダンプの進行領域内に障害物が存在し、走行許可領域を逸脱しなくてはいけない事例を表す図 図１０の事例における走行許可領域の更新を示す図 隣車線に走行する無人ダンプが存在する事例を表す図 図１２の事例における走行許可領域の更新を示す図 隣車線に走行する無人ダンプが存在し、障害物を回避するために走行許可領域を変更すると、隣車線を走行する無人ダンプの進行領域に重なる事例を示す図 第二実施形態に係る自車両と隣車線との位置関係の一例を示す図 その他の実施形態に係る管制制御装置の構成を示すブロック図
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、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。なお、以下の実施の形態において、その構成要素（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い。
また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に格納することができる。
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。
以下の実施形態では、自車両の走行車線及び隣車線が並んで配置され、走行車線の前方にある障害物を、障害物の隣車線側を通過して回避するための障害物回避システムについて説明する。本実施形態では、隣車線が対向車線である場合を例に挙げて説明するが、隣車線は、片側２車線以上を含む搬送路において自車両と同じ向きで走行する車線（並走車線）であってもよい。また、走行車線と隣車線とは隣接していてもよいし、二つの車線間を離して設置されていてもよい。
＜第一実施形態＞
図１乃至図４を参照して、本実施形態に係る障害物回避システム１０の概略構成について説明する。図１は、障害物回避システムの構成を示す概略図である。図２は、図１に示す管制制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す無人ダンプの構成を示すブロック図である。図４は、第一実施形態における往路及び復路の地図情報例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る障害物回避システム１０は、管制制御装置１１に自車両１２及び有人車両１３の其々を無線通信接続して構成される。
管制制御装置１１は、鉱山などの作業現場で作業を行う自車両１２及び有人車両１３の其々についての作業内容や走行位置、走行状態を管理しており、作業現場における作業工程にあわせて、自車両１２や有人車両１３に対して今後行うべき行動を指示する役割を担っている。
管制制御装置１１は、管制制御ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０、表示装置６１、入力装置６２、通信装置８１の４つの装置を含み、管制制御ＥＣＵ２０と表示装置６１、入力装置６２、通信装置８１の其々とが電気的に接続されて構成される。
管制制御ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）がメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される各種機能手段を有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。管制制御ＥＣＵ２０は、図２に示すように、表示装置６１及び入力装置６２の其々との間で情報の出入力を制御するＩＦ制御部２１、自車両１２や有人車両１３の走行経路や走行許可領域、走行条件などを設定する管制制御部２２、通信装置８１との間で無線情報の送受信を制御する通信制御部２７、及び作業現場の走行経路や走行許可領域の情報を格納した地図データベース２８（地図情報記憶部に相当する）を含む。
第一実施形態では、地図データベース２８に記憶される地図情報が、各車線の走行方向に沿って並んだ複数の地点（ノード）、及び隣接するノードを接続するリンクにより定義された目標軌道（車線の中心線）と、その目標軌道を基準とし走行する車両の車両幅方向に沿った幅情報とを含む２次元の地図情報を用いる。地図情報の詳細は図４を参照して後述する。
管制制御部２２は、鉱山現場で作業する全ての自車両１２及び有人車両１３の其々に対して走行経路と走行許可領域の設定を行うために、走行経路設定部２３、走行条件設定部２４、走行許可領域設定部２５、及び逸脱可否判定部２６を有している。
走行経路設定部２３は、地図データベース２８に格納された自車両の走行車線、及び対向車線（隣車線）の地図情報と、自車両１２及び有人車両１３の其々の現在位置とを参照し、各車両の目的地を決定してそこに至る走行経路を設定する。
走行条件設定部２４は、地図情報に関連して定義された各車線に対する制限速度や曲率、積込位置への待機時間などを基に、各車両に対して、走行経路における当該車両の最高速度や最大加速度などの走行条件を設定する。
走行許可領域設定部２５は、走行車線の地図情報を参照し、各車両に対して、当該車両の走行のみを許可し、他車両に対してはその領域への進入を禁止する走行許可領域を設定する。すなわち、走行許可領域設定部２５には、各車両に対して設定された走行経路上において、当該車両が走行しても良い部分領域を走行許可領域として設定する。各車両は、自車両に対して設定された走行許可領域（第一走行許可領域に相当）内を走行することができるが、自車両の独断で走行許可領域を逸脱することは許されない。また、他車両は、自車両に設定された走行許可領域に進入することはできないし、自車両は、他車両に対して設定された走行許可領域に進入することもできない。
第一実施形態では、２次元地図情報を用いるので、走行許可領域設定部２５は、第一走行許可領域を、走行車線の目標軌道に沿った長さ、及び目標軌道を中心とする車幅方向の幅により定義された２次元領域を用いて設定する。また、隣車線を他車両が走行する際には、隣車線の地図情報を参照して、他車両に対して、当該他車両のみの走行を許可する第二走行許可領域を、隣車線の目標軌道に沿った長さ、及び前記目標軌道を中心とする車幅方向の幅により定義された２次元領域を用いて設定する。
逸脱可否判定部２６は、自車両が、障害物の回避動作を行うと第一走行許可領域から逸脱すると判定された際に、他車両の位置、及び他車両に対して設定された走行許可領域（第二走行許可領域）の位置の少なくとも一つに基づいて、自車両が第一走行許可領域から逸脱することを許容するか否かを判定する。
走行経路と走行許可領域とについて図４を用いて説明する。図４は、鉱山現場における往路と復路の２車線からなる搬送路を自車両１２と他車両１８とが走行しているシーンを表している。図４において、自車両１２は図４の紙面において右側に向かって走行しており、他車両１８は左側に向かって走行している。各車線の地図情報は、走行方向に沿って並んだ複数のノード（白丸）、及び隣接するノードを接続するリンクからなる目標軌道と、その目標軌道の左右境界線とを用いて定義される。
図４では、自車両１２の走行車線の地図情報では、目標軌道２１０は、ノード２１１及びリンク２１２を用いて構成される。また、走行車線の進行方向の右側に位置する右境界線２２３は、ノード２２１及びリンク２２２を用いて構成され、同じく走行車線の進行方向の左側に位置する左境界線２２６は、ノード２２４及びリンク２２５を用いて構成される。以下、並走車線、対向車線を問わず、右境界線、左境界線とは、その車線の進行方向に向かって目標軌道を中心に右側にある車線境界線を右境界線、左側にある車線境界線を左境界線という。同様に、対向車線の地図情報も、ノード５１１及びリンク５１２からなる目標軌道５１０と、ノード５２１及びリンク５２２を用いて構成される右境界線５２３、ノード５２４及びリンク５２５を用いて構成される左境界線５２６を含む。
また、図４において、自車両１２及び他車両１８には、走行許可領域２２０及び５２０がそれぞれ設定されている。走行許可領域２２０及び５２０の間には、自車両１２及び他車両１８の干渉を避けるための安全マージン距離Δが設けられている。なお、符号３００は、搬送路両側端に設置された路肩を示す。
走行経路設定部２３は、現在地から目的地までの全てのノード２１１とリンク２１２、又はノード５１１とリンク５１２の組合せを用いて、各車両ごとに走行経路を設定する。
万一、自車両１２が走行中に障害物回避動作を行うために第一走行許可領域２２０を逸脱する必要がある場合は、管制制御部２２に逸脱の許可を求める。逸脱の許可を求められた管制制御部２２は、逸脱可否判定部２６にて、他車両１８の第二走行許可領域５２０の設定状況に応じて、自車両１２の第一走行許可領域２２０からの逸脱可否を判定する。逸脱が許可された場合は、自車両１２の新たな第一走行許可領域を走行許可領域設定部２５にて設定する。
図４において、自車両１００は、第一走行許可領域２２０内のｎｏｄｅ（１）からｎｏｄｅ（７）の７つのノードで表される走行経路に沿って、ｎｏｄｅ（７）までの走行が許されることになる。ｎｏｄｅ（７）に到達する前に、ｎｏｄｅ（８）以降の走行経路を走行して良いかを管制制御部２２に問い合わせ、管制制御部２２は他車両１８の第二走行許可領域５２０の設定状況に応じて、ｎｏｄｅ（８）以降の走行経路に対して自車両１２の走行許可領域を設定する。これを目的地まで繰り返すことにより、他車両１８と接触することなく車両１００を安全に目的地まで走行させることが可能となる。
図１に戻り、表示装置６１は、管制制御装置１１で管理している自車両１２や有人車両１３に割り当てられた走行許可領域や走行経路、走行速度や現在の走行位置などをオペレータに表示するためのユーザインターフェースであって、例えばＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）により構成される。
入力装置６２は、表示装置６１に表示させる内容を切り替えたり、特定の車両に対して作業内容を変更させる場合など、オペレータが管制制御装置１１に指示を与えるための入力操作を行うユーザインターフェースであって、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、トラックボールにより構成される。
通信装置８１は、管制制御装置１１で自車両１２や有人車両１３を管理するために、走行位置や走行速度、車両の状態などの情報を受け取ったり、自車両１２や有人車両１３に対して走行経路や走行条件、走行許可領域などの走行指示を通知するために使用する装置である。作業現場は広域に渡るため、無線を利用した通信が一般的に使用される。
次に無人ダンプの構成について説明する。図１に示すように、自車両１２は、障害物検知センサ４０（外界センサに相当する）、自車位置検出センサ５０、車両制御ＥＣＵ３０、通信装置８２、及び車両制御装置７０が搭載され、車両制御ＥＣＵ３０と障害物検知センサ４０、自車位置検出センサ５０、通信装置８２、及び車両制御装置７０の其々とが電気的に接続されて構成される。
障害物検知センサ４０は、無人車両１２の走行路上の障害物を検出するためのセンサである。障害物検知センサ４０は、落石や走行路面の凹凸など無人車両１２が走行する上で障害となるが、管制制御装置１１で管理されていない障害物を検出可能なセンサを用いて構成する。例えば、レーザ光を照射しその反射光が帰ってくるまでの時間を計測することで反射対象までの距離を検出するレーザセンサやミリ波レーダ４１（図３参照）、２台のカメラを一定間隔離して設置し、同時刻に撮影した２つのカメラの映像を元に撮影対象までの距離や対象を識別可能なステレオカメラ４２（図３参照）などを使用すれば良い。ただし、これら以外のセンサを用いても良い。
自車位置検出センサ５０は、自車両の位置や姿勢、走行速度、加速度などの車両運動情報を検出するために使用されるセンサである。たとえば、図３に示すように、複数のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信される電波をアンテナ５２で受信することで車両の位置や姿勢を検出することが可能なＧＰＳ受信機５１と、車両の角速度や加速度を検出することが可能なジャイロ装置５３及び加速度センサ５４、車両の車輪回転速度を検出することが可能な車輪速センサ５５を含む。自車位置検出センサ５０は、上記の例には限定されない。
通信装置８２は、自車両１２と管制制御装置１１との間で、無線通信接続をするための通信装置である。
車両制御装置７０は、自車両１２を減速・停止させるための制動装置７１と、操舵角を変える操舵装置７２と、燃料噴射量を増減する走行装置７３とを含む。
車両制御ＥＣＵ３０は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される各種機能手段を有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。車両制御ＥＣＵ３０は、図３に示すように障害物検出部３１、自車位置検出部３２、通信制御部３６、地図データベース３７、車両制御部３３、回避経路生成部３４、及び逸脱有無判定部３５を含む。
障害物検出部３１は、自車両１２に搭載した様々な種類の障害物検知センサ４０の出力データに基づき自車両１２周辺の障害物の相対位置や相対速度、障害物の車幅方向の大きさなどを検出し、車両制御部３３に必要となる障害物情報を通知する機能を有している。
自車位置検出部３２は、自車両１２に搭載した自車位置検出センサ５０の出力データに基づき、自車両１２の位置や姿勢、速度を検出し、車両制御部３３にこれらの情報を通知する機能を有している。
通信制御部３６は、通信装置８２を利用して管制制御装置１１と自車両１２間の相互通信を制御する機能を有している。
地図データベース３７は、作業現場の走行経路情報や、管制制御装置１１から通知された走行経路に対する走行条件や走行許可領域の情報が格納されている。
回避経路生成部３４は、障害物を回避するための自車両の回避経路を生成する。より具体的には、障害物の位置から隣車線側に向かって自車両が最大移動量変位した地点を回避地点として求め、当該回避地点と隣車線の目標軌道との間の距離が自車両の車両幅よりも大きい場合に、自車両が回避地点を通過するための回避経路を生成する。これにより、回避地点で対向車両と離合する場合にも両者の干渉を防ぐことができる。
また、回避経路生成部３４は、自車両の障害物検知センサ（外界センサ）が回避経路を走行中に、前方障害物とは異なる新たな障害物を検知しない場合に、自車両を回避地点から走行車線の目標軌道に復帰させるための復帰経路を更に生成する。これにより、前方障害物の更に前方に別の障害物がない場合には復帰させることができ、より早く隣車線を解放することができる。別の障害物との干渉を避けることができる。
このとき回避経路生成部３４は、回避経路を走行中の自車両に加わる横加速度が、自車両の横転を抑止するために設けられた基準横加速度以下になるように回避経路及び復帰経路の曲率を定めてもよい。これにより、障害物回避・復帰動作中においても自車両に急角度で操舵制御を行わすことなく、より安全に走行させることができる。
逸脱有無判定部３５は、回避経路に沿って自車両が走行した場合に、第一走行許可領域から逸脱をするかを判定する。逸脱をしない場合には、第一走行許可領域内での回避動作が可能であるので対向車線への影響がなく、自車両が回避動作を行うことができる。逸脱をする場合には、対向車線への影響を考量して回避動作の可否を判定することができる。
車両制御部３３は、管制制御装置１１から指示された走行条件、走行経路、及び走行許可領域と自車位置検出部３２から通知される自車位置情報とに基づき、自車両１２を走行経路上に設定された走行許可区間内において走行条件に従って走行するよう車両制御装置７０に対して制御指令を与える機能を有している。これにより、自車両１２が目的地まで自律走行する。
また車両制御部３３は、障害物を回避するための自車両の車幅方向の最大移動量を、障害物の相対位置、障害物の車幅方向の大きさ、及び自車両の車幅に基づいて算出する移動量算出部としての機能を有する。この詳細については後述する。
次に有人車両１３の構成について説明する。図１に示すように、有人車両１３は、表示装置６３、入力装置６４、自車位置検出センサ６５、通信装置８３及びナビゲーションＥＣＵ９０が搭載され、ナビゲーションＥＣＵ９０と表示装置６３、入力装置６４、自車位置検出センサ６５、通信装置８３の其々とが電気的に接続されて構成される。
自車位置検出センサ６５は、有人車両１３の走行位置と姿勢、速度を検出するために用いられ、自車両１２に搭載されているセンサと同様に、ＧＰＳ受信機等が用いてもよい。
表示装置６３は、管制制御装置１１から指示された走行経路と走行許可領域と自車両の位置を例えばＬＣＤからなる表示画面に表示する。これにより、有人車両１３のドライバが、現在、鉱山現場のどの位置を走行しているのか確認することができる。
入力装置６４は、表示装置６３の表示画面の切替指示や、ドライバが管制制御装置１１に対して走行許可領域の逸脱許可を得るために用いられる。
通信装置８３は、有人ダンプ１３と管制制御装置１１との間の無線通信に関する制御を行う。
ナビゲーションＥＣＵ９０は、通信装置８３を介して得られた走行許可領域と、自車位置検出センサ６５が出力する自車位置情報と、ナビゲーションＥＣＵ９０内に格納された走行経路情報とを基に、有人車両１３が走行経路及び走行許可領域に対してどの位置を走行しているか演算する機能を有している。ナビゲーションＥＣＵ９０は、自車位置が走行許可領域を逸脱してもよい判定された場合は、表示装置６３を利用してドライバに逸脱してもよい旨の通知をしてもよいし、万一走行許可領域を逸脱した際には警報を発しても良い。
以降、自車両１２が走行路を走行時に検出した障害物の位置や大きさに応じて回避動作を実行する流れについて、図５乃至図１４を参照して説明する。図５は、障害物回避処理の流れを示すフローチャートである。図６は、図５のステップＳ５１０に示す走行許可領域逸脱可否の判定処理の流れを示すフローチャートである。図７は、無人ダンプの進行領域外に障害物が存在する事例を示す図である。図８は、無人ダンプの進行領域内に障害物が存在し、走行許可領域内で回避が可能な事例を表す図であって、（ａ）は全体図、（ｂ）は車両周辺の拡大図である。図９は、図８の事例における障害物回避動作後に走行経路に復帰する経路を生成する様子を示す図である。図１０は、無人ダンプの進行領域内に障害物が存在し、走行許可領域を逸脱しなくてはいけない事例を表す図である。図１１は、図１０の事例における走行許可領域の更新を示す図である。図１２は、隣車線に走行する無人ダンプが存在する事例を表す図である。図１３は、図１２の事例における走行許可領域の更新を示す図である。図１４は、隣車線に走行する無人ダンプが存在し、障害物を回避するために走行許可領域を変更すると、隣車線を走行する無人ダンプの進行領域に重なる事例を示す図である。以下、図５の各ステップ順に沿って説明する。
ステップＳ５０１にて、障害物検出部３１は障害物検出情報の取得を行う（Ｓ５０１）。図７に示すように、障害物検出センサ４０は、検出範囲１５０内の検知データを生成し、障害物検出部３１に出力する。障害物検出部３１は、検知データを基に検出範囲１５０内の障害物４００を検出し、車両制御部３３に障害物４００の検出結果を出力する。車両制御部３３にて、無人ダンプからなる自車両１２からの相対距離（Ｘｏ，Ｙｏ）と大きさＷｏを検出する。ここで、相対距離（Ｘｏ，Ｙｏ）は自車両１２の後輪車軸の中心位置から走行経路に垂線を下ろした点を原点とし、車両進行方向をＸ軸、車両進行方向に直交する車幅方向をＹ軸とする走行経路に沿った座標系とする。
次にステップＳ５０２にて、車両制御部３３は、検出された障害物４００が自車両１２の進行領域内に存在するかどうか判定する。進行領域とは、図７に示すように、走行許可領域２２０内において、自車両１２の現在位置から前方にある、車両進行方向に沿った車幅方向の幅を有する領域２３０であり、幅Ｗを自車両１２の車幅Ｗｍと同等の長さ（Ｗ≒Ｗｍ）に設定する。ここで、進行領域２３０内に障害物が存在するかの判定式は次式で表される。
障害物４００が進行領域２３０内に存在しない場合（Ｓ５０２／ＮＯ）、自車両１２が進行領域２３０を走行し続けても障害物４００とは干渉しないので、ステップＳ５０１へ戻り自律走行を続けながら前方障害物の検知を続行する。
障害物４００が進行領域２３０内に存在する場合（Ｓ５０２／ＹＥＳ）、例えば図８に示す障害物４０１と自車両１２の位置関係のように上記式（１）を満たさない場合、自車両１２が進行領域２３０を走行し続けると障害物４００に干渉する。そこで、ステップＳ５０３へ進み、前方障害物の回避動作を開始する。
ステップＳ５０３にて、車両制御ＥＣＵ３０に実装された回避経路生成部３４は、障害粒を回避するための横移動量を算出する（Ｓ５０３）。回避経路の生成処理について図８を参照して説明する。回避経路生成部３４は、自車両１２が障害物を回避するために走行経路に対して横方向に移動しなければならない横移動量Ｄ（図８の（ａ）参照）を算出する。自車両１２が障害物４０１と接触しないためには、自車両１２が障害物４０１の隣に接近した際の障害物４０１との隙間距離をαとすると、障害物４０１の中心位置から次式（２）に示される距離Ｄｔ（図８の（ｂ）参照）だけ離れた位置を走行しなくてはいけない。ここで、障害物４０１を回避する際に通過しなくてはいけない障害物の隣の位置を回避位置２５０と呼ぶこととする。回避位置２５０において、Ｙ軸方向に沿った自車両１２の現在位置からの横移動量Ｄは最大移動量となる。
従って、走行経路に対する横移動量Ｄは次式（３）によって算出される。
次にステップ５０４にて、車両制御部３３は、自車両１２が式（３）により算出した横移動量Ｄだけ移動して回避位置２５０を通過する際に、自車両１２が走行許可領域２２０を逸脱しないかを次式（４）に基づき判定する。ここで、回避位置２５０における、走行許可領域の横幅を、進行経路に対して左右それぞれＷｌ、Ｗｒとする。ここで、式（４）は進行経路に対して右側に回避する場合、式（５）は左側に回避する場合の判定式である。
式（４）もしくは式（５）が成立する場合、すなわち自車両１２は走行許可領域２２０を逸脱しないと判定され（Ｓ５０４／Ｎｏ）、ステップＳ５０５へ進んで障害物の回避動作を実行する。図８に示すダンプ１２と障害物４０１との位置関係は、式（４）が成立することからステップＳ５０４からステップＳ５０５に遷移することとなる。
式（４）もしくは式（５）が成立しない場合、すなわち走行許可領域２２０を逸脱すると判定されと（Ｓ５０４／Ｙｅｓ）、隣車線を用いた回避動作の実行処理（ステップＳ５０８以下）に遷移する。この詳細は後述する。
次にステップＳ５０５では、ステップＳ５０３で回避経路生成部３４によって算出された横移動量Ｄに基づき、障害物４０１を回避するために車両制御部３３が車両制御装置７０の操舵装置７２に対して操舵制御を行う（Ｓ５０５）。
操舵制御方法は、例えば図８に示すように、無人ダン１２プの現在位置における目標軌道上の点２５５と回避位置２５０とを結ぶクロソイド曲線を算出し、クロソイド曲線上に沿って走行するように操舵制御すればよい。ただし、この方法に限らず、他の操舵制御方法を用いても良い。
次にステップＳ５０６にて、車両制御部３３が車両の進行経路上に障害物が存在しないと判定すれば走行経路へ戻る復帰経路の生成を行う（Ｓ５０６）。復帰経路の生成は、ステップＳ５０５と同様の方法で、横移動量Ｄだけ自車両１２を目標軌道側に移動させる経路を生成すればよい。図９は、本ステップの処理を示す。回避位置２５０に位置する自車両１２は、障害物検知センサ４０により車両進行方向の前方障害物の監視を行う。障害物がない場合、自車両１２０は、回避位置２５０の通過直前までに、横移動量ＤやステップＳ５０５における操舵量を基に復帰経路を生成してもよいし、ステップＳ５０５で算出したクロソイド曲線を車両進行方向軸を中心に反転させて復帰経路２７０を生成してもよい。
そして車両制御部３３がステップＳ５０６で生成した復帰経路に沿って走行するように操舵制御し、走行車線の目標軌道２１０に自車両１２を戻す（Ｓ５０７）。以上の処理によって図８及び図９に示す、走行許可領域内での障害物回避・復帰動作が完了する。
次に、自車両１２が走行許可領域から逸脱すると判定された場合（Ｓ５０４／Ｙｅｓ）、について説明する。
ステップＳ５０８にて車両制御部３３は、自車両１２が走行許可領域２２０から逸脱する量を次式（６）、（７）によって逸脱量を算出する（Ｓ５０８）。
ステップＳ５０９にて車両制御部３３は、地図データベース２８に格納されている地図情報を参照し、走行許可領域２２０の逸脱方向に隣車線が存在するか確認する。これは、走行路が１車線の場合を想定した判定条件であり、１車線の場合は走行許可領域から逸脱すると崖から転落したり土盛にぶつかる恐れがあるため、走行許可領域２２０を逸脱せずにステップＳ６１３に遷移させて停車させる。
隣車線が存在する場合（Ｓ５０９/Ｙｅｓ）、管制制御装置１１の逸脱可否判定部２６は、自車両１２が走行領域２２０から逸脱しても良いかの判定を行う（Ｓ５１０）。図６を参照して、本ステップで実行される走行許可領域逸脱可否判定処理について説明する。
走行許可逸脱可否の判定条件は下記４つであり、図６に示す各ステップ順に沿って、逸脱可否判定部２６が逸脱可否の判定を行う。
まずステップＳ６０１では、逸脱可否判定部２６は、隣車線に他車両の走行許可領域が設定されているかを判定し、肯定の場合（Ｓ６０１／Ｙｅｓ）、隣車線を走行する車両が無人ダンプであるか否かを判定する（Ｓ６０２）。
ステップＳ６０２において、隣車線を走行する車両が有人車両である場合（Ｓ６０２／Ｎｏ）は、無人車両１２が走行許可領域２２０から逸脱することを禁止する（Ｓ６０６）。有人車両にはドライバに対して走行許可領域と自車両の位置関係を表示する表示装置６３が搭載されているため、自車両１２が有人車両側に接近することを報知することも可能である。しかし、ドライバが報知に気がつかないこと場合の安全策として、自車両１２に停止させる（Ｓ６０６からＳ５１１、Ｓ５１７）。
一方、隣車線を走行する他車両が無人ダンプであれば（Ｓ６０２／Ｙｅｓ）、当該他車両の進行領域に自車両が進入するかを判定する（Ｓ６０３）。進入する場合（Ｓ６０３／Ｙｅｓ）、上記他車両の走行許可領域に、他車両が自車両を回避するための回避領域があり、回避動作が間に合えば（Ｓ６０４／Ｙｅｓ）、逸脱可否判定部２６は、自車両が走行許可領域を逸脱してもよいと判定する（Ｓ６０５）。
また、逸脱可否判定部２６は、隣車線に他車両の走行許可領域が設定されていない場合（Ｓ６０１／Ｎｏ；図１０参照）、または上記他車両の進行領域に自車両が進入しない場合（Ｓ６０３／Ｎｏ）、自車両が走行許可領域を逸脱してもよいと判定する（Ｓ６０５）。
一方、逸脱可否判定部２６は、隣車線を走行する他車両が無人ダンプでない、すなわち有人車両である場合（Ｓ６０２／Ｎｏ）の他、他車両の走行許可領域に、他車両が自車両を回避するための回避領域がなかったり、また回避領域があっても回避動作が間に合わなかったりする場合（Ｓ６０４／Ｎｏ）、逸脱不可と判定する（Ｓ６０６）。
逸脱可否判定部２６が、ステップＳ６０５において逸脱してもよいと判定した場合（Ｓ５１１／Ｙｅｓ）、走行許可領域設定部２５が、走行許可領域２２０からの逸脱量Ｄｄに応じて走行許可領域２２０の形状の変更を行い、走行許可領域２２０が設定されている車両に対して走行許可領域の形状変更について通知する（Ｓ５１２）。例えば、走行許可領域設定部２５は、走行許可領域２２０の幅を、回避経路を走行中の自車両１２を包含する幅に拡張する。また、走行許可領域２２０の幅を拡張すると、他車両１８の走行許可領域５２０に重なる領域が生じる場合、走行許可領域設定部２５は、走行許可領域２２０の幅を、回避経路を走行中の自車両を包含する幅に拡張するとともに、他車両１８の走行許可領域幅５２０を拡張後の第一走行領域と重ならないように縮小する。
走行許可領域設定部２５が走行許可領域２２０の幅の変更を実施した後、管制制御装置１１の通信装置８１は、上記変更内容を示す情報を自車両１２の通信装置８２に対して送信し車両制御部ＥＣＵ３０に入力される。
自車両１２は変更結果に基づき、ステップＳ５０５〜ステップＳ５０７と同様、障害物の回避動作の実行（Ｓ５１３）、目標軌道に復帰するための復帰経路の生成（Ｓ５１４）、目標軌道への復帰動作の実行（Ｓ５１５）の処理を順に実行することで、障害物の回避動作を完了させ、ステップＳ５１６に遷移する。
ステップＳ５１６では、自車両１２が通信装置８２を介して目標軌道に復帰したことを管制制御装置１１に通知する。走行許可領域設定部２５は、走行許可領域２２０の幅を狭めて、原状復帰させる。また、他車両１８の走行許可領域５２０の幅を縮小した場合には、これを拡張して原状復帰させる。また、管制制御装置１１は、走行許可領域２２０の形状が原状復帰したことを、再度、自車両１２に通知して（Ｓ５１６）、全ての回避シーケンスを完了する。
図１１を参照して、走行許可領域２２０の形状を変更、すなわち、逸脱量Ｄｄを含むように走行領域２２０の車幅方向の幅を広げる例について説明する。走行許可領域設定部２５は、走行許可領域２２０の目標軌道に対して右側の幅Ｗｒを逸脱量Ｄｄに相当する量だけ拡大させ（図１１の走行許可領域２２０の右境界線２２３が２２３ａにシフト）、回避経路及び復帰経路２７０を走行時に自車両１２が、自車両に対して設定された新たな走行許可区間２２０から逸脱しないように制御する。自車両に付与された走行許可区間２２０には、他車両は進入しないので（閉塞制御）、自車両１２が障害物４０２を回避動作時に他車両と干渉することがなく、安全に走行することが出来る。
以下、図１２乃至１４を参照して追い越し制御処理の一例について説明する。
図１２は、自車両１２が現在設定中の走行可能領域から逸脱しなければ障害物を回避することができない状態を示す。この場合、設定中の走行可能領域２２０の幅を逸脱量Ｄｄに応じて広げて拡張すると、隣車線を走行中の他車両１８に現在設定中の走行可能領域５２０と重なる領域２８５が生じるが、他車両１８の進行領域５３０には進入しない。よって、図６のステップＳ６０３において「他車両の進行領域に自車両が進入する？」の判定において「Ｎｏ」と判定されて逸脱可能（Ｓ６０５）と判定される。
そこで、図１３に示すように、走行許可領域設定部２５は、自車両１２の走行許可領域２２０からの逸脱量Ｄｄに応じて、走行許可領域２２０の幅を広げる（走行許可領域２２０の右境界線２２３が２２３ａにシフト）とともに、走行許可領域２２１の幅を狭める変更（走行許可領域５２０の右境界線５２３が５２３ａにシフト）を行う（Ｓ６１２）。図１３では、走行許可領域２２０の幅が走行許可領域２２０ａへ拡張されるとともに、走行許可領域５２０の幅が走行許可領域５２０ａに収縮している。その結果、走行許可領域２２０ａと走行許可領域５２０ａとに重なり領域が存在せず、無地ダンプ１２、１８が干渉することがない。
また、図１４を参照して障害物回避処理の他例について説明する。図１４は、図１２の事例に対して障害物４０３の幅が大きく、自車両１２の走行許可領域２２０の逸脱量Ｄｄが大きい点が異なる。そのため、他車両１８の進行領域５３０と領域幅を拡張後の走行許可領域２２０ｂとに、重なり領域２９０が生じる。そのため、ステップＳ６０３において、他車両の進入領域に自車両が進入すると判定され（Ｓ６０３／Ｙｅｓ）、ステップＳ６０４に遷移する。
そこで、他車両１８が重なり領域２９０を回避する際に、他車両１８の走行許可領域５２０を逸脱しないか判定すると供に、自車両１２が横移動量Ｄに基づき障害物４０３を回避した際に、自車両１２と他車両１８との間隔Ｌが十分確保されているかどうかを判定する。重なり領域２９０の幅をＤｌａｐとし、重なり領域２９０を回避するために他車両１８が横移動しなくてはいけない横移動量をＤ１とすると、他車両１８が重なり領域２９０を回避する際に走行許可領域５２０を逸脱しないかどうかは、式（５）で判定する事が出来る。
図１４では、式（５）が成立することから、走行許可領域５２０内で回避可能と判定される。また、自車両１２が障害物４０３の回避処理を実行した時刻をｔ０とし、その際の自車両１２と他車両１８との経路に沿った距離をＬ０とする。自車両１２、他車両１８の走行速度をそれぞれＶ１００、Ｖ１０１し、自車両１２と障害物４０３との距離をＸｏとすると、自車両１２が障害物４０３を回避した際の自車両１２と他車両１８との間隔Ｌは次式によって推定される。
間隔Ｌが十分確保されているかどうかは、例えば無人ダンプの走行速度に対する制動回避限界距離Ｌｔｈを事前に評価しておき、Ｌ＞Ｌｔｈであるかで判定すればよい。制動回避限界距離Ｌｔｈは無人ダンプの最大減速度をＡ、無人ダンプ間の相対速度をＶｒとするとＬｔｈ＝Ｖｒ２／２Ａによって算出する事が出来る。図１４の例では、間隔Ｌが制動回避限界距離Ｌｔｈより長いとする。以上によりステップＳ６０４の判定の結果、ステップＳ６０５に遷移し、自車両１２が走行許可領域２２０を逸脱して障害物４０３を回避しても良いと逸脱可否判定部２６によって判定される。
以降の処理は、図１３と同様であるが、ステップＳ５１３において他車両１８が横移動量Ｄ１だけ横移動する点が異なる。自車両１２の回避動作が全て完了しステップＳ５１６で管制制御装置に走行経路への復帰が完了した旨通知することで、両方のダンプの走行許可領域が元に戻る。これにより他車両１８が横移動量Ｄ１だけ横移動していた状態から元の走行経路への復帰を実行する。以上により、全ての回避シーケンスを完了する。
本実施形態によれば、回避地点と隣車線の中心線との距離を自車両の車幅よりも広げておくので、障害物を回避する際に自車両が回避地点において同型の他車両と離合しても、他車両と干渉しない。また、隣車線の他車両の位置、他車両に設定された走行許可領域の設定状況を考慮し、自車両の走行許可領域の幅を広げたり、他車両の走行許可領域幅を狭めたり、さらに他車両にも回避動作をさせることで、隣車線の他車両の走行状態への影響を低減しつつ、隣車線を用いた障害物の回避動作が行える。
＜第二実施形態＞
第二実施形態は、搬送路（往路及び復路）の地図情報をノード及びリンクのみを用いて１次元情報として生成し、目標軌道、回避経路、及び隣車線の目標軌道の間の距離ｄの比較結果に基づき、障害物の回避動作を行う実施形態である。第一実施形態との違いは、地図情報が２次元情報ではなく１次元情報である点であり、その他の構成要素、処理の流れは同一であるので、重複説明は省略する。以下、図１５を参照して、第二実施形態に係る回避経路の生成について説明する。図１５は、第二実施形態に係る自車両と隣車線との位置関係の一例を示す図である。
第二実施形態の地図情報は、各車線の走行方向に沿った複数のノード、及び隣接するノードを接続するリンクから定義される１次元の目標軌道を用いて定義される。そして、走行許可領域は、目標軌道の部分領域からなる１次元領域により定義される。そして、回避経路生成部３４は、回避地点から隣車線の目標軌道までの距離が自車両の車両幅よりも大きい場合に、回避経路を生成する。
具体的には、図１５に示すように、自車両１２の回避地点２５０と隣車線の目標軌道５１０との距離ｄが自車両１２の車幅Ｗｍのｎ倍（ｎ＞１）となる場合に、自車両１２に障害物４０３を、回避地点２５０を通って回避させる。これにより、隣車線を走行中の無地ダンプ１８が自車両１２と同じ車幅であり、他車両１８が隣車線の目標軌道を走行している場合は、自車両１２と他車両１８とが最も接近して離合する場合にも、マージン（ｄ−Ｗｍ）が確保することができ、両車両の干渉を回避することができる。
本実施形態によれば、走行許可領域の幅の変更といった処理を行うことなく、隣車線を用いた障害物回避動作が安全に行える。
上記実施形態は、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様々な態様がある。例えば、自車両１２に搭載された車両制御ＥＣＵ３０内の回避経路生成部３４及び逸脱有無判定部３５を、管制制御装置１１内の管制制御ＥＣＵ２０に格納しても良い。この場合、回避経路生成部３４及び逸脱有無判定部３５の機能を実現するために必要となる障害物検出情報及び走行情報を自車両１２から管制制御装置１１に定期的に通知すれば良い。
また、管制制御装置１１が鉱山現場の走行路の状態管理を行うために、自車両１２が、回避が必要と判定した障害物の位置と大きさなどの障害物検出情報を管制制御装置１１に通知しても良い。管制制御装置１１に通知する事で、鉱山現場の保全活動を効率化することが出来る。図１６の管制制御装置の構成を示すブロック図を参照して説明する。図１６に示すように、管制制御装置１１の管制制御ＥＣＵ２０に走行路上の障害物情報を記憶する障害物情報記憶部２９ｂを備え、回避経路生成部３４の機能を管制制御装置１１に持たせて回避経路を生成し、走行許可領域設定部２５は、障害物情報を参照して、回避経路上に走行許可領域を設定してもよい。また、障害物検出部３１の検出結果を取得して、障害物情報記憶部２９ｂに記憶された障害物情報と比較し、当該障害物情報に障害物検出部３１の検出結果が含まれていない場合に、障害物情報記憶部２９ｂに障害物検出部３１の検出結果を追加する障害物情報管理部２９ａを更に備えてもよい。
１０：障害物回避システム、１１：管制制御装置、１２、１８：無人ダンプ、１３：有人車両、２２０：走行許可領域、２２５：自車両の目標軌道

Claims (9)

  1. 自車両の走行車線及び隣車線が並んで配置され、前記走行車線の前方にある障害物を、当該障害物の前記隣車線側を通過して回避するための障害物回避システムであって、
    前記自車両に搭載された外界センサからの出力に基づいて、前記自車両を基準とする前記障害物の相対位置、及び前記障害物の車幅方向の大きさを検出する障害物検出部と、
    前記障害物を回避するための前記自車両の車幅方向の最大移動量を、前記障害物の相対位置、前記障害物の車幅方向の大きさ、及び前記自車両の車幅に基づいて算出する移動量算出部と、
    前記障害物の位置から前記隣車線側に向かって前記最大移動量変位した地点を回避地点として求め、当該回避地点と前記隣車線の中心線との間の距離が前記自車両の車両幅よりも大きい場合に、前記自車両が前記回避地点を通過するための回避経路を生成する回避経路生成部と、
    を備えることを特徴とする障害物回避システム。
  2. 請求項１記載の障害物回避システムにおいて、
    前記走行車線及び前記隣車線のそれぞれについて、走行方向に沿った複数のノード、及び隣接するノードを接続するリンクから定義される目標軌道、及び当該目標軌道を中心とし車幅方向の幅情報を用いて定義した地図情報を記憶する地図情報記憶部と、
    前記走行車線の地図情報を参照し、前記自車両に対して、当該自車両のみの走行を許可する第一走行許可領域を、前記走行車線の目標軌道に沿った長さ、及び前記目標軌道を中心とする車幅方向の幅により定義された２次元領域を用いて設定するとともに、前記隣車線を他車両が走行する際に、前記隣車線の地図情報を参照して、前記他車両に対して、当該他車両のみの走行を許可する第二走行許可領域を、前記隣車線の目標軌道に沿った長さ、及び前記目標軌道を中心とする車幅方向の幅により定義された２次元領域を用いて設定する走行許可領域設定部と、
    前記回避経路に沿って前記自車両が走行した場合に、前記第一走行許可領域から逸脱をするかを判定する逸脱有無判定部と、
    前記自車両が前記第一走行許可領域から逸脱すると判定された際に、前記他車両の位置、及び前記第二走行許可領域の位置の少なくとも一つに基づいて、前記自車両が前記第一走行許可領域から逸脱することを許容するかを判定する逸脱可否判定部と、を更に備え、
    前記逸脱可否判定部が前記逸脱を許容する場合に、前記走行許可領域設定部は、前記第一走行許可領域幅を、前記回避経路を走行中の自車両を包含する幅に拡張する、
    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において、
    前記第一走行許可領域幅を拡張すると、前記第二走行許可領域に重なる領域が生じる場合、前記走行許可領域設定部は、前記第一走行許可領域幅を、前記回避経路を走行中の自車両を包含する幅に拡張するとともに、前記第二走行許可領域幅を前記拡張後の第一走行領域と重ならないように縮小する、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  4. 請求項３記載の障害物回避システムにおいて、
    前記自車両の前記外界センサが前記回避経路を走行中に、前記前方障害物とは異なる新たな障害物を検知しない場合に、前記回避経路生成部は、前記自車両を前記回避地点から前記走行車線の目標軌道に復帰させるための復帰経路を更に生成する、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  5. 請求項４記載の障害物回避システムにおいて、
    前記回避経路生成部は、前記回避経路及び復帰経路を走行中の前記自車両に加わる横加速度が、前記自車両の横転を抑止するために設けられた基準横加速度以下になるように前記回避経路及び復帰経路の曲率を定める、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  6. 請求項５記載の障害物回避システムにおいて、
    前記自車両が前記復帰経路を走行して前記走行車線の目標軌道に復帰すると、前記走行許可領域管理部は、前記拡張した第一走行許可領域の幅を拡張前の幅に縮小し、前記縮小した第二走行許可領域の幅を縮小前の幅に拡張する、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  7. 請求項１記載の障害物回避システムにおいて、
    前記走行車線上における前記障害物の位置及び前記障害物の車幅方向の大きさを示す障害物情報を記憶する障害物情報記憶部を更に備え、
    前記回避経路生成部は、前記障害物情報を参照して、前記回避経路を生成する、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  8. 請求項７記載の障害物回避システムにおいて、
    前記障害物検出部の検出結果を取得して、前記障害物情報記憶部に記憶された障害物情報と比較し、当該障害物情報に、前記取得した前記障害物検出部の検出結果が含まれていない場合に、前記障害物情報記憶部に前記障害物検出部の検出結果を追加する障害物情報管理部を更に備える、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
  9. 請求項１記載の障害物回避システムにおいて、
    前記複数の車線のそれぞれの地図情報を格納する地図情報格納部と、
    前記各車両に対して、自車両が走行する走行車線の一部領域を、当該自車両のみの走行を許可する走行許可領域として設定する走行許可領域設定部と、を更に備え、
    前記地図情報は、前記各車線の走行方向に沿った複数のノード、及び隣接するノードを接続するリンクから定義される目標軌道を用いて定義され、
    前記走行許可領域は、前記目標軌道の部分領域からなる１次元領域により定義され、
    前記回避経路生成部は、前記回避地点から前記隣車線の目標軌道までの距離が前記自車両の車両幅よりも大きい場合に、前記回避経路を生成する、
    ことを特徴とする障害物回避システム。
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