JP2017097482A - 車両制御装置及び作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】高空間分解能と走行速度低下の抑制とを両立させる車両制御装置及び作業機械を提供する。
【解決手段】車両用制御装置１１０は、第１進行方向監視センサ121が検出した第１被検知体の相対位置を検出する第１被検知体検出部111と、第１進行方向監視センサ121よりも進行方向手前側を検知する第２進行方向監視センサ122が検出した第２被検知体の相対位置及び形状を検出する第２被検知体検出部112と、第１被検知体との干渉判定及び第１被検知体及び第２被検知体の同一性を判定する干渉判定部114と、第１被検知体と第２被検知体とがと同一であると判定した場合、第２被検知体は自律走行車両が通過可能な形状であるかを判定する形状判定部115と、第１被検知体と干渉する場合は減速させ、減速後に第２被検知体の形状は通過可能と判定した場合、減速を解除して予め設定した走行速度に復帰させる車両制御部117とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は車両制御装置及び作業機械に係り、特に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鉱山用の作業機械の誤停止を低減させる技術に関する。

自動車の走行制御技術の一例として、特許文献１は、「レーダー装置で検知した先行車との車間距離が所定値以下になると自動制動を行ったり運転者に警報を発したりして干渉の発生を防止するものにおいて、先行車のような移動物を検知するための、レーザレーダ装置やパルスレーダー装置のようなレーダー装置の反射波の受信レベルの閾値に対し、停止物を検知するための反射波の受信レベルの閾値を所定の領域で高く設定する。これにより、自車の障害とならないゲートや路上落下物を検知して障害物であると誤認するのを防止し、ゲートや路上落下物に対して必要のない自動制動や警報が行われるのを防止することができる（要約抜粋）」技術を開示している。

特開２００８−１０２５９１号公報

鉱山用の作業機械、例えば運搬車両にミリ波レーダ等のセンサを搭載し、自車の進行方向前方に障害物がないか監視を続けながら自律走行させる技術がある。自律走行システムの搬送効率の向上を図るためには、運搬車両の走行速度を出来るだけ速くする方が良く、そのためには検知距離の長い進行方向監視センサを搭載するのが良いが、空間分解能が低下し、路面凹凸や上り坂などの非障害物を障害物として検知して運搬車両が誤停止する場合がある。一方、空間分解能が高いセンサは、検知対象が走行に支障のある障害物かどうか識別できるが、検知距離が短く走行速度を速くすることが出来ず搬送効率が低下してしまう。鉱山の搬送路は未舗装であり路面に多くの凹凸があったり、先行する運搬車両から荷こぼれた土砂や鉱石等の落下物がある。これら路面の凹凸や搬送路上の落下物の中には、反射波の強度が高いものが存在する。従って、鉱山用の作業機械の自律走行に際しては、障害物が通行の妨げにならないものかを高空間分解能で正確に検出したいという要望と、走行速度の低下による搬送効率の低下を避けたいという要望がある。この点について、特許文献１に記載の技術では、二つの要望を両立することはできないという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、鉱山用の作業機械の進行方向監視に際し、高空間分解能と走行速度の低下の抑制とを両立させる技術を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明は鉱山内の予め定められた走行経路上を予め設定された走行速度で自律走行する自律走行車両に搭載された車両制御装置において、前記自律走行車両の進行方向前方に位置する第１被検知体を検出する第１進行方向監視センサの出力データに基づき、前記自律走行車両に対する前記第１被検知体の相対位置を検出する第１被検知体検出部と、前記自律走行車両の進行方向前方に位置する第２被検知体を検出する第２進行方向監視センサであって、前記第１進行方向監視センサよりも空間分解能が高く、前記第１進行方向監視センサよりも前記自律走行車両の進行方向近傍側を検知する第２進行方向監視センサの出力データに基づき、前記自律走行車両に対する前記第２被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の形状を検出する第２被検知体検出部と、前記第１被検知体の相対位置に基づいて、前記自律走行車両が前記第１被検知体に干渉するかを判定するとともに、前記第１被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の相対位置に基づいて前記第１被検知体及び前記第２被検知体の同一性を判定する干渉判定部と、前記干渉判定部が前記第１被検知体と前記第２被検知体とが同一であると判定した場合において、前記第２被検知体の形状は、前記自律走行車両が当該第２被検知体上を通過することを許容する形状であるかを判定する形状判定部と、前記干渉判定部が、前記第１被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定すると前記自律走行車両を減速させるための制御を行い、減速後に前記形状判定部が前記第２被検知体の形状は前記自律走行車両が当該第２被検知体上を通過することを許容する形状であると判定すると、減速を解除して前記予め設定された走行速度に復帰させるための制御を行う車両制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、鉱山用の作業機械の進行方向監視に際し、高空間分解能と走行速度の低下の抑制とを両立させることができる。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。

本実施形態に係る車両制御装置を搭載した作業機械の自律走行システムの概略構成図である。 自律走行システムを構成するダンプトラック及び管制サーバのハードウェア構成を示す機能ブロック図である。 ダンプトラックに搭載される進行方向監視センサの検知距離を示す図である。 本実施形態に係る車両制御装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る車両制御装置による進行方向監視処理の流れを示すフローチャートである。 ダンプトラックが被検知体を検出する状態を示す図であり、（ａ）は、ミリ波レーダが第１被検知体を検知した状態を示し、（ｂ）は、減速をしながら前進をしている状態を示し、（ｃ）は、レーザレーダが第２被検知体を検知した状態を示し、（ｄ）は第１被検知体の手前で停止した状態を示し、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）までの第１、第２被検知体に対するダンプトラックの走行速度と目標速度とをダンプトラックの走行位置に応じて表した図である。 ダンプトラックが被検知体を検出する状態を示す図であり、（ａ）は、ミリ波レーダが第１被検知体を検知した状態を示し、（ｂ）は、減速をしながら前進をしている状態を示し、（ｃ）は、レーザレーダが第２被検知体を検知した状態を示し、（ｄ）は第１、第２被検知体上を通過している状態を示し、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）までの第１、第２被検知体に対するダンプトラックの走行速度と目標速度とをダンプトラックの走行位置に応じて表した図である。 被検知体の高さとセンサ設置角度θとの関係を示す図である。

以下、本発明に係る車両制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る車両制御装置を搭載した作業機械の自律走行システム１の概略構成図である。図２は、自律走行システム１を構成するダンプトラック１０及び管制サーバ２０のハードウェア構成を示す機能ブロック図である。図３は、ダンプトラックに搭載される進行方向監視センサの検知距離を示す図である。

以下の実施形態において、車両と対象物との位置・状態関係を表す言葉として「干渉する」、「（通行を）妨げる」という用語を用いる。ここで「干渉する」とは、車両の走行経路上に対象物（例えば他車両や後述する第１被検知体、第２被検知体）が存在し、車両が走行を続けると対象物に接触したり対象物上を通過したりする状態を意味する。また「（通行を）妨げる」とは、車両が対象物に接触して停車したり、対象物上を通過できずに停車したりする状態（例えば乗り越えらえられない、また凹みから離脱できずに停車する状態を含む）を意味する。従って、「（通行を）妨げる」とは、干渉の一態様であって、車両が対象物と干渉した結果、停車する状態を意味する。

図１に示す自律走行システム１は、自律走行する鉱山用作業機械の一例としてのダンプトラック１０と、採石場の近傍若しくは遠隔の管制センタに設置された管制サーバ２０とを無線通信回線４を介して通信接続して構成される。鉱山内には、ショベル３０が掘削作業を行いダンプトラック１０に掘削した土砂や鉱石を積込む積込場６１と、ダンプトラック１０が運搬した荷物を放土する放土場６２と、積込場６１及び放土場６２を連結する搬送路６０とが設置される。ダンプトラック１０は、無線通信回線４を介して管制サーバ２０から管制制御情報を受信し、それに従って搬送路６０上を予め定められた走行速度で自律走行する。

自律走行する鉱山用の作業機械はダンプトラック１０に限定されず、例えばドーザ７１、散水車７２を自律走行させる場合には、これらダンプトラックとは異なる種類の作業機械に本発明を適用してもよい。

図２に示すように、ダンプトラック１０は、車両制御装置１１０、進行方向監視センサ１２０、自車位置検出センサ１３０、通信装置１４０及び車両駆動装置１５０を含む。

車両制御装置１１０は、進行方向監視センサ１２０及び自車位置検出センサ１３０の其々からの出力、及び通信装置１４０から受信した管制制御情報を用いて操舵角や走行速度を決定し、決定した操舵角や走行速度でダンプトラック１０を走行させるための車両駆動信号を車両駆動装置１５０に対して出力する。

車両制御装置１１０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構成モジュールを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。

進行方向監視センサ１２０は、特性が異なる複数種類の進行方向監視センサを含む。本実施形態では、２種類のセンサ、すなわち第１進行方向監視センサ１２１及び第２進行方向監視センサ１２２を含み、其々をダンプトラック１０の前方に設置する（図３参照）。本実施形態では、進行方向監視センサ１２０として、ダンプトラック１０の前進時において、前方監視を行うセンサを例に挙げて説明するが、後進時に後方監視を行うセンサであってもよい。

第１進行方向監視センサ１２１は、第２進行方向監視センサ１２２に比べて遠距離の被検知体を検知できるセンサを選択する。第２進行方向監視センサ１２２は、第１進行方向監視センサ１２１に比べて近距離しか検知できなくても良いが空間分解能の優れたセンサを選択する。

図３に示すように、第１進行方向監視センサ１２１の検知範囲１２１ａは、第２進行方向監視センサ１２２の検知範囲１２２ａよりも遠い位置を含む。そのため、通常であれば、第１進行方向監視センサ１２１が被検知体３１０をはじめに検知し、ダンプトラック１０が進行するにつれて、第２進行方向監視センサ１２２が被検知体３１０を検知する。被検知体は、路面３２０上の障害物に限らず、路面３２０の凹部３２１や凸部３２２も含む。

鉱山現場では粉塵や霧、雨、照明変化などの環境変化に対するロバスト性が高いミリ波レーダやレーザセンサがよく使用される。ミリ波レーダは、一般的に波長域が数ｍｍから数十ｍｍの電磁波を照射し、その反射波が帰ってくるまでの時間と、ドップラーシフト量を計測する事で反射対象までの相対距離と相対速度を検出する事が出来る。一般的にミリ波レーダは他のセンサに比べて環境変化に対するロバスト性が高く、物体を遠方まで検出することが可能なセンサであるが、空間分解能が低く、反射波の受信レベルを表す受信強度しか得られないため、検出された物体が路面凹凸や落石、有人車両であるかどうかの識別が困難である特性を有する。

一方レーザレーダは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事が出来る。一般的に、ミリ波レーダに比べて環境変化に対するロバスト性が劣り、対象の反射率によっては検知距離が短くなるが、空間分解能が高いため、物体の大きさや形状を知る事ができる特性を有する。

そこで本実施形態では、第１進行方向監視センサ１２１としてミリ波レーダを用い、第２進行方向監視センサ１２２としてレーザレーダを選択する。以下、ミリ波レーダ１２１、レーザレーダ１２２と記載する。

ミリ波レーダ１２１は、ダンプトラック１０の前面部分に路面３２０に対してほぼ水平に設置され、ダンプトラック１０の前方の被検知体を検出する。ミリ波レーダ１２１の検知範囲１２１ａは、ダンプトラック１０から遠ざかるにつれて上下方向に広がっており、路面３２０が検知範囲１２１ａに入ってしまうため、路面３２０からの反射波をミリ波レーダ１２１が受信してしまう。ミリ波レーダ１２１の設置角度を上向きにすることで路面３２０からの反射波を減らすことが出来るが、たとえそうしても、走行中にダンプトラック１０がピッチング振動したり、積載物によって車体が傾いたりすると、路面３２０を検知してしまう。

一方、レーザレーダ１２２は、路面３２０上の路面凹凸や落石、路肩、ダンプトラック１０に比して車高が低い有人車両などを検出できるように、ダンプトラック１０の前面上部に設置し、路面３２０にレーザ光が到達するように下向きに設置する。本実施形態で用いるレーザレーダ１２２は、レーザレーダの検知範囲１２２ａ内を所定の角度毎に順次レーザ光を照射して相対距離を測定し、照射角度に対して測定された相対距離情報を出力するセンサである。

レーザレーダ１２２の路面に対する設置角度は空間分解能に応じて決められるが、レーザレーダ１２２が検出した被検知体の形状が、ダンプトラック１０の通行の妨げとはならない、つまりダンプトラック１０が被検知体上を通過することを許容する形状であるかを判別可能な空間分解能となるように決められる。設置角度は、出来るだけ遠方の路面３２０を監視できるように決められることが好ましい。これにより、被検知体を検出した後の制動距離を長くする事が出来る。

本実施形態は、ダンプトラック１０の通行の妨げにならない路面の凹凸を検出し、これによる誤停止を抑止するためことを目的とする。そこで、被検知体の形状は路面を基準とする被検知体の高さ及び凹みの深さとし、路面を基準とする正の値（凸形状）から負の値（凹形状）までの範囲（以下この範囲を「通過許容範囲内」という）として定義する。なお、被検知体の形状は高さに限らず、車幅方向の大きさや、尖った形状を判定基準としてもよい。

本実施形態では、ミリ波レーダ１２１及びレーザレーダ１２２を使用する事例を説明するが、これらのセンサに限定される必要は無く、第１及び第２進行方向監視センサの上記特性に合わせたセンサを選択すれば良い。例えば、第２進行方向監視センサとしてカメラを用いても良いし、ミリ波レーダとは周波数帯の異なる電磁波を利用したセンサを用いても良い。また、第１進行方向監視センサに遠方を検出可能なレーザレーダやカメラを用いても良い。また、第２進行方向監視センサとしてレーザレーダを使用する場合も設置位置や設置角度を本実施形態と異なるように設置しても良い。また、レーザ光の照射方式も限定されるものではない。

自車位置検出センサ１３０は、複数のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から送信される電波をアンテナ１３１で受信することで自車両の位置や姿勢を検出するＧＰＳ受信機１３２や、加速度を検出するジャイロ装置１３３や加速度センサ１３４、また、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１３５を含む。ただし、これら以外のセンサを用いても良い。

通信装置１４０は、無線通信回線４に接続する無線通信装置である。

車両駆動装置１５０は、制動装置１５１、操舵モータ１５２、及び走行モータ（走行装置）１５３を含む。

また、管制サーバ２０は、管制制御装置２１０、表示装置２２０、入力装置２３０、及び通信装置２４０を含んで構成されている。

管制制御装置２１０は、各ダンプトラック１０の作業内容や走行位置、走行速度（停止状態を含む）を管理しており、作業現場における作業工程にあわせて、各ダンプトラック１０に対して走行経路や走行許可領域、走行条件などを設定し、設定内容を示す管制制御情報を通信装置２４０に出力する。通信装置２４０は管制制御情報をダンプトラック１０に送信すると共に、各ダンプトラック１０から自車位置情報を受信する。

上記走行許可領域とは、搬送路６０上に設定された各ダンプトラック１０の目標軌道の進行方向に沿った目標軌道上の部分区間であって、更に目標軌道上を走行する車両の車幅方向の幅を含んだ領域である。走行許可領域は、搬送路６０上を走行する複数のダンプトラック同士の干渉（接触、衝突を含む）を抑止するために設けられる領域である。そのために、本実施形態における自律走行システム１では、走行許可領域を自車両のみの走行を許可する領域として設定する。換言すると、自車両に設定された走行許可領域には他車両が進入できないので、自車両の走行許可領域は、他車両に対しては閉塞領域として機能する。これにより、ダンプトラック同士の干渉を抑止する。

表示装置２２０は、管制制御装置２１０が設定した走行許可領域や、搬送路６０上の各ダンプトラック１０の位置を表示する。

入力装置２３０は、管制センタのオペレータが管制制御装置２１０に対して信号を入力する際のインターフェースである。

通信装置２４０は、無線通信回線４に無線通信接続をするため無線通信装置である。

管制制御装置２１０は、ＣＰＵに加え、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶部を含むハードウェアが管制制御装置２１０の機能を実現するためのソフトウェアを実行することにより構成される。

次に図４を参照してダンプトラック１０の詳細な構成について説明する。図４は、本実施形態に係る車両制御装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。

車両制御装置１１０は、第１被検知体検出部１１１、第２被検知体検出部１１２、自車位置検出部１１３、干渉判定部１１４、形状判定部１１５、地図情報記憶部１１６、車両制御部１１７、及び通信制御部１１８を含む。図４の減速解除情報記憶部及び減速解除情報については後述する。

第１被検知体検出部１１１及び第２被検知体検出部１１２は、進行方向監視センサ１２０の出力データに基づき、ダンプトラック１０の進行方向前方にある被検知体と自車両との相対位置や相対速度を検出し、干渉判定部１１４、及び形状判定部１１５に必要となる被検知体情報を通知する機能を有している。

より詳しくは、第１被検知体検出部１１１は、ミリ波レーダ１２１が検出した第１被検知体までの相対距離、相対速度、反射強度などの情報に基づき、数回しか連続して検出されないデータや反射強度の低いデータの除去、また車両の所定位置を基準とする車両座標系への座標変換などの処理を行う。この処理を行うことで、車両のピッチングやマルチパスなどの影響によって短期的に検出される被検知体情報の除去を行う事が出来る。また反射強度の低い路面や土手などの路肩からの反射波のデータを除去し、第１被検知体までの相対距離を含む第１被検知体情報を干渉判定部１１４に出力する。

第２被検知体検出部１１２は、レーザレーダ１２２から得られた照射角度毎の相対距離情報に基づき、第２被検知体までの相対距離や相対速度、路面からの高さや幅、奥行きなどの大きさ、形状情報を検出する。また、第１被検知体検出部１１１と同様に、数回しか時間的に連続して検出されないデータの除去や車両の所定位置を基準とする車両座標系への座標変換などの処理を行う。第２被検知体検出部１１２も、第２被検知体の相対位置及び形状情報を含む第２被検知体情報を干渉判定部１１４に出力する。

自車位置検出部１１３は、自車位置検出センサ１３０の出力データに基づき、自車両の位置や姿勢、走行速度を検出し、干渉判定部１１４及び車両制御部１１７にこれらの情報を通知する機能を有している。

干渉判定部１１４は、自車位置検出部１１３で得られた自車位置情報と地図情報記憶部１１６に格納されている管制制御情報（これに走行経路情報や走行許可領域情報が含まれる）に基づき、ダンプトラック１０の走行予定範囲内、すなわち管制サーバ２０から付与され、これから通過する走行許可領域内上に第１被検知体が存在するが判定し、存在すると判定した場合、車両制御部１１７に減速制御のトリガとなる干渉判定結果情報を通知する。

干渉判定部１１４は、地図情報記憶部１１６に記憶された走行経路を示す地図情報に代わり、自車位置検出部１１３から得られたダンプトラック１０の旋回速度や走行速度などの運動情報に基づいて推定した走行経路を用いて干渉判定をしても良い。たとえば自車位置検出部１１３によって得られる位置情報に誤りがある場合や、自車位置センサ１３０内のＧＰＳ受信機１３２が使用できない場合に運動情報に基づき推定した走行経路を用いればよい。走行経路の推定方法はどのような方法を用いても良く、たとえばジャイロ装置１３３から出力されるヨーレートと車輪速センサ１３５から出力される車輪速度に基づく自車両の走行速度に基づき、旋回半径を求める事で推定しても良い。また、自車両の運動モデルを基に推定しても良い。

形状判定部１１５は、第２被検知体情報に基づき第２被検知体の形状が、通行を妨げない形状であるかを判定する。本実施形態では、第２被検知体の路面からの高さ（凹みを含む）が通過許容範囲内にあるかを判定する。形状判定部１１５は、第２被検知体の高さに加え、第２被検知体の幅、奥行きのいずれかもしくはそれらの全てを更に算出し、その算出値を高さに合わせてダンプトラック１０が第２被検知体上を通過可能であるかいないかを判定してもよい。更に、第２被検知体の大きさ以外にも、形状を考慮しても良い。たとえば、尖った形状があると判断された場合は、大きさが小さくても車両制御部１１７に通知すれば良い。この場合、例えば第２被検知体の輪郭形状の先鋭度を判定してもよい。

地図情報記憶部１１６は、搬送路６０上の走行経路を示す地図情報や、管制サーバ２０から通知された走行許可領域、走行速度等の走行条件を含む管制制御情報が格納されている。

車両制御部１１７は、管制サーバ２０から指示された走行条件及び走行許可領域と自車位置検出部１１３から通知される自車位置情報に基づき、ダンプトラック１０を走行経路に沿って走行させる機能を有している。また、車両制御部１１７は、干渉判定部１１４及び形状判定部１１５からの干渉判定結果情報及び形状判定結果情報に基づき、制動装置１５１を動作させるための制動指示信号を出力する。また減速を解除すると判定された場合に、予め定められた走行速度に復帰させるため走行指示信号を走行モータ１５３に出力する機能を有する。

通信制御部１１８は、通信装置１４０を利用して管制サーバ２０とダンプトラック１０との間の相互通信を制御する機能を有している。

次に図５乃至図７を参照して、本実施形態に係る車両制御装置１１０による進行方向監視処理について説明する。図５は、本実施形態に係る車両制御装置１１０による進行方向監視処理の流れを示すフローチャートである。図６は、ダンプトラックが被検知体を検出する状態を示す図であり、図６（ａ）は、ミリ波レーダが第１被検知体を検知した状態を示し、（ｂ）は、減速をしながら前進をしている状態を示し、（ｃ）は、レーザレーダが第２被検知体を検知した状態を示し、（ｄ）は第１被検知体の手前で停止した状態を示し、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）までの第１、第２被検知体に対するダンプトラックの走行速度と目標速度とをダンプトラックの走行位置に応じて表した図である。図７は、ダンプトラックが被検知体を検出する状態を示す図であり、（ａ）は、ミリ波レーダが第１被検知体を検知した状態を示し、（ｂ）は、減速をしながら前進をしている状態を示し、（ｃ）は、レーザレーダが第２被検知体を検知した状態を示し、（ｄ）は第１、第２被検知体上を通過している状態を示し、（ｅ）は、（ａ）から（ｄ）までの第１、第２被検知体に対するダンプトラックの走行速度と目標速度とをダンプトラックの走行位置に応じて表した図である。以降、図６及び図７の事例を交え、図５のステップ順に沿って処理内容を説明する。

なお、ダンプトラックが走行する目標軌道は、図６及び図７では○で図示したノード（ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５）と、隣接するノードを接続する直線で図示したリンクとにより定義される。そして走行許可領域は、目標軌道を基準にダンプトラック１０の車幅方向（左右方向）に幅を有する領域６００として設定される。

ダンプトラック１０は、地図情報記憶部１１６に記憶された目標軌道を示す地図情報を参照し、管制サーバ２０が自車に対して付与した走行許可領域６００に従って自律走行する。自律走行中は、ミリ波レーダ１２１及びレーザレーダ１２２が車両前方をセンシングする。

走行中にミリ波レーダ１２１が検出した情報に基づき、第１被検知体検出部１１１が車両前方に第１被検知体を検出し（Ｓ５０１）、第１被検知体３００、３０１と自車両の相対位置、及び相対速度を含む第１被検知体情報を干渉判定部１１４に出力する。図６（ａ）では、第１被検知体検出部１１１が第１被検知体３００、３０１を検出する。図７（ａ）では、第１被検知体検出部１１１が第１被検知体３０２を検出する。

干渉判定部１１４は、第１被検知体情報及び管制サーバ２０から受信した走行許可領域を比較し、第１被検知体が走行許可領域６００内に含まれるかを判定する（Ｓ５０２）。図６（ａ）では、第１被検知体３００は走行許可領６００内に存在するので干渉すると判定され、第１被検知体３０１は走行許可領域６００外に存在するので干渉しないと判定する。そして干渉判定部１１４は、第１被検知体３００の相対位置及び相対速度を含む干渉判定結果情報を車両制御部１１７に通知する（Ｓ５０２／Ｙｅｓ）。図７（ａ）では、干渉判定部１１４は第２被検知体３０２が走行許可領域６００内にあり、干渉すると判定する。

干渉判定部１１４が走行許可領域内に一つの被検知体もないと判定すると（Ｓ５０２／Ｎｏ）、ステップＳ５０５へ進む。

車両制御部１１７は、第１被検知体に干渉することを示す干渉判定結果情報を受信すると、ダンプトラック１０に対する目標速度を管制サーバ２０が設定した走行速度から速度０に再設定する（図６（ｅ）、図７（ｅ）のｔ₀参照）。干渉判定結果情報は第１被検知体との相対距離を含む。これと自車位置情報（自車の車輪速度に由来する走行速度を含む）に基づき、車両制御部１１７は、自車両が第１被検知体３００と接触せずに第１被検知体３００の手前で停止するための減速度ａを式（１）によって算出する（Ｓ５０３）。ここで、ｖ₁［ｍ／ｓ］は、第１被検知体検出部１１１によって第１被検知体３００、３０２が検出された時刻におけるダンプトラック１０の走行速度を示し、Ｌ１［ｍ］は第１被検知体３００、３０２までの相対距離とする。

本実施形態では、第１被検知体３００、３０２が停止している場合を想定しているため、第１被検知体３００、３０２の速度は０［ｍ／ｓ］である。

車両制御部１１７は、ステップＳ５０３で算出された減速度ａで制動するために制動装置１５１に対して制動指示信号を出力する（Ｓ５０４）。

ダンプトラック１０が減速を開始した時刻ｔ₀以降、更にダンプトラック１０が前進する。第１被検知体３００、３０２がレーザレーダ１２２の検知範囲１２２ａに入って第２被検知体検出部１１２によって第１被検知体３００、３０２が第２被検知体として検出されると（Ｓ５０５／Ｙｅｓ、図６（ｃ）、図７（ｃ）参照）、検出された第２被検知体が第１被検知体３００、３０２と同一であるかどうかを、干渉判定部１１４が判定する（Ｓ５０６）。

同一判定を行う方法としては、たとえば第１被検知体情報に含まれる第１被検知体の相対位置と、第２被検知体情報に含まれる第２被検知体の相対位置との差が、所定値より小さい場合に同一被検知体と判定すればよい。

干渉判定部１１４が第１被検知体と第２被検知体とが同一であると判定すると（Ｓ５０６／Ｙｅｓ）、干渉判定部１１４は第２被検体の相対位置及び形状を含む第２被検知体情報を形状判定部１１５に通知し、形状判定部１１５は、第２被検知体の形状が、通過許容範囲以内にあるか否かを判定する（Ｓ５０７）。

形状判定部１１５は、第２被検知体の形状が通過許容範囲外であると判定すると（Ｓ５０７／Ｎｏ）、その形状判定結果情報を車両制御部１１７に出力し、車両制御部１１７は減速動作を継続させる（Ｓ５０８）。ダンプトラック１０は、減速を継続し、最終的に第１被検知体３００の手前で停止する（図６（ｄ）参照）。このとき、図６（ｅ）の時刻ｔ₃で示すように、走行速度は０となる。

一方、形状判定部１１５が、第２被検知体の形状が通過許容範囲以内にあると判定すると（Ｓ５０７／Ｙｅｓ）、その判定結果を示す形状判定結果情報を車両制御部１１７に通知する。通過許容範囲以内の第２被検知体は、ダンプトラック１０が接触又はそのまま通過しても通行の妨げにはならないので、車両制御部１１７は、上記形状判定結果情報を基に減速動作を解除し（Ｓ５０９；図７（ｅ）のｔ₀以降参照）、管制サーバ２０が設定した走行経路に対する設定速度となるように走行速度を復帰させ（Ｓ５１０）、第２被検知体３０２上を通過する（図７（ｄ）、図７（ｅ）のｔ₃参照）。その後、ステップＳ５０１へ戻る。なお、第１被検知体が走行許可領域内にあり（Ｓ５０２／Ｙｅｓ）、第２被検知体検出部１１２が第２被検知体を検出しない場合（Ｓ５０５／Ｎｏ）、例えば、自車両の前方に先行車両が停止または自車両よりも遅い速度で走行しておりミリ波レーダ１２１で検知した後、先行車両が自車両よりも速い速度で走行してレーザレーダ１２２の検知範囲内には先行車両が入らない場合も、減速を解除し（Ｓ５０９）、走行速度に復帰させる（Ｓ５１０）。

なお、第１被検知体が検出されることなく（ステップＳ５０２／Ｎｏ）、第２被検知体も検出されない場合（ステップＳ５０５／Ｎｏ）は、ステップＳ５０９、５１０をスキップしてダンプトラック１０は減速をすることなく管制サーバ２０が設定した走行速度で走行し続ける。

干渉判定部１１４が、第１被検知体と第２被検知体とが同一ではない（第２被検知体検出部１１２が新たな被検知体を検出した場合に相当する）と判定すると（Ｓ５０６／Ｎｏ）、干渉判定部１１４は、同一ではないと判定した第２被検知体が走行許可領域６００内にあるかを判定する（Ｓ５１１）。

走行許可領域６００内にない場合（Ｓ５１１／Ｎｏ）は、ダンプトラック１０とは干渉しないので、減速を解除し（Ｓ５１２）、走行経路の設定された走行速度に復帰させて（Ｓ５１３）、ステップＳ５０１へ戻る。

なお、第１被検知体が検出されることなく（ステップＳ５０２／Ｎｏ）、第２被検知体が検出された場合（ステップＳ５０５／Ｙｅｓ、ステップＳ５０６／Ｎｏ）とは、例えば、ミリ波レーダ１２１では検出し難い凹部３２１をレーザレーダ１２２で検出した場合がある。この場合、ダンプトラック１０はステップＳ５０３で減速をしていないので、ステップＳ５１２、Ｓ５１３をスキップして定められた走行速度で走行し続ける。

干渉判定部１１４が、第１被検知体とは異なる第２被検知体が、走行許可領域６００内にあると判定すると（Ｓ５１１／Ｙｅｓ）、ステップＳ５０７と同様、形状判定部１１５は、第２被検知体の形状が通過許容範囲以内にあるか否かを判定する（Ｓ５１４）。形状判定部１１５が通過許容範囲外であると判定すると（Ｓ５１４／Ｎｏ）、第２被検知体の手前で停止するための減速度を算出し（Ｓ５１５）、減速を実行する（Ｓ５１６）。その後ステップＳ５０１へ戻る。

第１被検知体とは異なる第２被検知体の形状が、通過許容範囲以内であると判定されると（Ｓ５１４／Ｙｅｓ）、Ｓ５０３で減速をしている場合には原則を解除し（Ｓ５１２）、走行経路に設定された走行速度に復帰させる（Ｓ５１３）。その後ステップＳ５０１へ戻る。

本実施形態に係る車両制御装置によれば、特性が異なる複数のセンサの出力を用いて進行方向監視を行うことで、検知距離がより長い第１進行方向監視センサの出力により、十分な制動距離が確保できるうちにときに第１被検知体を検出して減速を開始し、より接近してから高空間分解能の第２進行方向監視センサの出力を用いて第２被検知体が通行の妨げにならないかを判定し、通行の妨げにならないときは第２被検知体を回避することなく走行速度を復帰させて走行を続ける。その結果、従来であれば、路面凹凸のような被検知体を障害物として検出した場合、路面凹凸の手前で停車してしまっていたが、このような通行の妨げにならない被検知体の検出による自律走行車両の停車を抑止して、効率的な搬送作業を行う事が出来る。

また、第１被検知体及び第２被検知体の同一性を判定することにより、同一であると判定された場合には、第２被検知体の干渉判定を省略できる。また、同一でない場合には、第１被検知体の検出に伴う減速の実行中であっても、また不検出により減速していない場合であっても、第２被検知体の手前で停車するための減速度を算出し、第２被検知体との干渉を避けることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、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範囲で様々な変更態様がある。

例えば、上記では減速度aの算出を、走行速度及び被検知体との相対距離に基づいて算出したが、減速度ａを第２進行方向監視センサ１２２のサンプリングレートや空間分解能を考慮し、第２進行方向監視センサ１２２が第２被検知体を的確に検出できる走行速度となるように減速させても良い。つまり、第２進行方向監視センサ１２２の検知範囲１２２ａが第１被検知体に到達するときの自律走行車両の走行速度が、形状判定部１１５により、第２被検知体の形状判定ができる空間分解能で第２被検知体が検出できる相対速度となるように、第２進行方向監視センサ１２２のサンプリングレートに対応させた減速度を算出し、この減速度で減速させてもよい。

減速度の算出例を図８を参照して説明する。図８は、被検知体の高さとセンサ設置角度θとの関係を示す図である。図８の例では、ダンプトラック１０の前面上側に設置したレーザレーダ１２２が、レーザ光を路面３２０に向かって角度θで入射するように下側に向けられている場合、走行中に高さｈの被検知体３１０を少なくともＮ回検出するためには次式に示す走行速度ｖ_rで走行する必要がある。ここで、レーザレーダ１２２のサンプリング周期をΔｔ［ｓ］とし、ダンプトラック１０は紙面に向かって右側に走行するものとする。

レーザレーダ１２２の検知範囲１２２ａの長さをＬ_s2［ｍ］とすると、次式（３）で表す減速度ａで減速することで、レーザレーダ１２２の検知範囲１２２ａに被検知体３１０が入った場合のダンプトラック１０の走行速度が式（３）を満足する。

ここで、高さｈの設定は、レーザレーダ１２２で検出したい被検知体の高さにすれば良い。たとえば高さ１．５ｍの車両を検出したい場合、ｈ＝１．５［ｍ］とすれば良い。検出回数Ｎは使用するレーザレーダ１２２の特性や車体振動の程度に応じ、検知したい対象の大きさが判断できる回数に設定すれば良い。また、減速度の設定において、式（１）及び（３）で算出した減速度のうち減速度の大きい値を選択しても良い。減速度の大きい値を選択することで、障害物の手前で必ず停止するようにできる。

また、次式（４）で表されるレーザレーダ１２２の検知範囲の長さＬ_s2［ｍ］における減速度ａがダンプトラック１０の制動装置１５１で実現しうる減速度より小さい場合は、ステップＳ５０３で算出される減速度を０とし、減速を実行しなくても良い。ただし、走行路面の状態や積載物の重量に応じスリップしないような減速力となるように注意することが好ましい。

上記の例では、第２進行方向監視センサとしてレーザレーダを用い、サンプリングレートとしてレーザ照射・受光周期をもちいたが、第２進行方向監視センサとしてステレオカメラを用いる場合は、サンプリングレートとしてフレームレートを用いてもよい。

また、通過許容範囲は、ダンプトラック１０が被検知体に干渉しても通行の妨げとならない値として定められるので、ダンプトラック１０のタイヤ径や走行速度を基に定めてもよい。例えば図３に示すように、タイヤ半径ｒに対して、通過許容範囲Ｄ（凹み３２１の深さ及び凸部３２２の高さ）を次式（５）のように定めてもよい。
−ｒ／２≦Ｄ≦ｒ／２・・・（５）

また、走行速度がより速い場合は通過許容範囲Ｄがより狭くなるように設定してもよいし、同じ走行速度であっても操舵角がより大きい場合は、通過許容範囲Ｄがより狭くなるに設定してもよい。

さらに鉱山用の作業機械として、ダンプトラック１０のような運搬車両ではなく、他の作業機械に本発明を適用する際には、上記において車両制御装置が作業機械の走行制御を行う車体制御装置に、車両制御部が走行速度や制動制御を行う車体制御部に相当する。また作業機械の種類に応じて、通過許容範囲を変えてもよい。

更に図４に示すように、ステップＳ５０９又はＳ５１２で減速解除をした第１被検知体の走行経路上の位置を記憶する減速解除情報記憶部を更に備え、再度ダンプトラック１０が上記位置に到達して第１被検知体を検出すると、干渉判定部１１４が減速解除情報を参照し、車両制御部１１７に対して第１被検知体の検出による減速度の算出、実行（Ｓ５０３、Ｓ５０４）をしないように構成してもよい。減速解除の対象となる第１被検知体の検出情報のログ情報を用いて、不要な減速を抑制することができる。更に管制サーバ２０が複数のダンプトラックの管制を行っている場合には、自車両が検出したダンプトラック１０の減速解除情報を、管制サーバ２０に送信し、管制サーバ２０から他のダンプトラック１０に送信してログを記録させてもよい。これにより、例えば前方走行車両が生成した減速解除情報を後方走行車両が用いることができる。また、車車間通信を行う場合には、管制サーバ２０を介することなく減速解除情報を生成したダンプトラックから他車両に送信してもよい。

またパトロールカーのように、オペレータが搭乗してその運転操作により走行する有人車両の進行方向監視技術に本発明を適用し、障害物検出時にオペレータに通知する際の誤通知を抑止する技術として用いてもよい。この場合、上記で説明した車両の減速を通知に読み替えるものとする。

１：自律走行システム、１０：ダンプトラック、２０：管制サーバ、３０：車両制御装置

Claims (11)

1. 鉱山内の予め定められた走行経路上を予め設定された走行速度で自律走行する自律走行車両に搭載された車両制御装置において、
   前記自律走行車両の進行方向前方に位置する第１被検知体を検出する第１進行方向監視センサの出力データに基づき、前記自律走行車両に対する前記第１被検知体の相対位置を検出する第１被検知体検出部と、
   前記自律走行車両の進行方向前方に位置する第２被検知体を検出する第２進行方向監視センサであって、前記第１進行方向監視センサよりも空間分解能が高く、前記第１進行方向監視センサよりも前記自律走行車両の進行方向近傍側を検知する第２進行方向監視センサの出力データに基づき、前記自律走行車両に対する前記第２被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の形状を検出する第２被検知体検出部と、
   前記第１被検知体の相対位置に基づいて、前記自律走行車両が前記第１被検知体に干渉するかを判定するとともに、前記第１被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の相対位置に基づいて前記第１被検知体及び前記第２被検知体の同一性を判定する干渉判定部と、
   前記干渉判定部が前記第１被検知体と前記第２被検知体とが同一であると判定した場合において、前記第２被検知体の形状は、前記自律走行車両が当該第２被検知体上を通過することを許容する形状であるかを判定する形状判定部と、
   前記干渉判定部が、前記第１被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定すると前記自律走行車両を減速させるための制御を行い、減速後に前記形状判定部が前記第２被検知体の形状は前記自律走行車両が当該第２被検知体上を通過することを許容する形状であると判定すると、減速を解除して前記予め設定された走行速度に復帰させるための制御を行う車両制御部と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記形状判定部は、前記第２被検知体の高さ及び凹みの深さが、前記自律走行車両が通過することを許容する範囲を示す通過許容範囲以内にあるかを判定する、
   ことを特徴とする車両制御装置。
3. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記干渉判定部が、前記第１被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定すると、
   前記車両制御部は、前記第２進行方向監視センサの検知範囲が前記第１被検知体に到達するときの前記自律走行車両の走行速度が、前記形状判定部により前記第２被検知体の形状判定ができる空間分解能で前記第２被検知体が検出できる相対速度となるように、前記第２進行方向監視センサのサンプリングレートに対応させた減速度で減速するための制御を行う、
   ことを特徴とする車両制御装置。
4. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記干渉判定部が、前記第１被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定すると、
   前記車両制御部は、前記第１被検知体の手前で前記自律走行車両が停止するための減速度を算出し、その減速度により減速するための制御を行う、
   ことを特徴とする車両制御装置。
5. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記第１被検知体検出部は、前記第１被検知体の相対位置を含む第１被検知体情報を前記干渉判定部に出力し、
   前記第２被検知体検出部は、前記第２被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の形状を含む第２被検知体情報を前記干渉判定部に出力し、
   前記干渉判定部は、
   前記第１被検知体及び前記第２被検知体が同一であると判定した場合は、前記自律走行車両が前記第２被検知体に干渉するかの判定を行うことなく、前記第２被検知体の形状を前記形状判定部に出力し、同一ではないと判定した場合は、前記自律走行車両が前記第２被検知体に干渉するかを判定し、前記第２被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定した場合に、前記第２被検知体の形状情報を前記形状判定部に出力する、
   ことを特徴とする車両制御装置。
6. 請求項５に記載の車両制御装置において、
   前記干渉判定部が、前記第１被検知体とは異なる第２被検知体に前記自律走行車両が干渉すると判定し、かつ前記形状判定部が前記異なる第２被検知体の形状は前記自律走行車両の通過を禁止する形状であると判定した場合は、前記車両制御部は前記第２被検知体の手前で停車するための減速度を算出し、その算出した減速度で減速するための制御を行う、
   ことを特徴とする車両制御装置。
7. 請求項２に記載の車両制御装置において、
   前記通過許容範囲は、前記自律走行車両に備えられた車輪の半径、走行速度、又は操舵角の少なくとも一つに基づいて決定される、
   ことを特徴とする車両制御装置。
8. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記第１進行方向監視センサは、電磁波を放射し、当該電磁波の反射波を受けて前記第１被検知体を検出するミリ波レーダであり、
   前記第２進行方向監視センサは、レーザ光を照射し、当該レーザ光の反射光を受けて前記第２被検知体を検出するレーザレーダである、
   ことを特徴とする車両制御装置。
9. 請求項１に記載の車両制御装置において、
   前記車両制御部が減速を解除すると、減速解除の対象となった前記第１被検知体が検出された前記走行経路上の位置を含む減速解除情報を記憶する減速解除情報記憶部を更に備え、
   前記自律走行車両が前記減速解除の対象となった前記第１被検知体が検出された地点に再度到達し、前記第１進行方向監視センサが新たな第１被検知体の相対位置を検出すると、前記干渉判定部は、前記新たな第１被検知体の相対位置及び前記減速解除情報を比較し、前記新たな第１被検知体が前記減速解除の対象となった第１被検知体と同一であるかを判定し、
   前記干渉判定部が、前記新たな第１被検知体は前記減速解除の対象となった第１被検知体と同一であると判定した場合は、前記車両制御部は減速することなく予め定められた走行速度で走行するための制御を行う、
   ことを特徴とする車両制御装置。
10. 請求項９に記載の車両制御装置において、
    前記自律走行車両の交通管制を行う管制サーバ、または前記走行経路上を走行する他の自律走行車両から前記減速解除情報を受信する通信制御部を更に備え、
    前記減速解除情報記憶部は、前記管制サーバ又は他の自律走行車両から受信した前記減速解除情報を記憶する、
    ことを特徴とする車両制御装置。
11. 鉱山内の予め定められた走行経路上を予め設定された走行速度で自律走行する作業機械において、
    前記作業機械の進行方向前方に位置する第１被検知体を検出する第１進行方向監視センサと、
    前記作業機械の進行方向前方に位置する第２被検知体を検出する第２進行方向監視センサであって、前記第１進行方向監視センサよりも空間分解能が高く、前記第１進行方向監視センサよりも前記作業機械の進行方向近傍側を検知する第２進行方向監視センサと、
    制動装置及び走行装置を含む車体駆動装置と、
    前記車体駆動装置に対して制動指示信号又は走行指示信号を出力する車体制御装置と、を備え、
    前記車体制御装置は、
    前記第１進行方向監視センサの出力データに基づき、前記作業機械に対する前記第１被検知体の相対位置を検出する第１被検知体検出部と、
    前記第２進行方向監視センサの出力データに基づき、前記作業機械に対する前記第２被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の形状を検出する第２被検知体検出部と、
    前記第１被検知体の相対位置に基づいて、前記作業機械が前記第１被検知体に干渉するかを判定するとともに、前記第１被検知体の相対位置及び前記第２被検知体の相対位置に基づいて前記第１被検知体及び前記第２被検知体の同一性を判定する干渉判定部と、
    前記干渉判定部が前記第１被検知体と前記第２被検知体とが同一であると判定した場合において、前記第２被検知体の形状は、前記作業機械が通過することを許容する形状であるかを判定する形状判定部と、
    前記干渉判定部が、前記第１被検知体に前記作業機械が干渉すると判定すると前記車体駆動装置に対して前記制動指示信号を出力し、減速後に前記形状判定部が前記第２被検知体の形状は前記作業機械が通過することを許容する形状であると判定すると、減速を解除して前記予め設定された走行速度に復帰させるための前記走行指示信号を出力する車体制御部と、を含む、
    ことを特徴とする作業機械。