JP2022007283A - 建設車両の障害物検知装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022007283000001
【課題】ミリ波レーダによる障害物の位置検知精度を向上させることができる建設車両の障害物検知装置を提供する。
【解決手段】建設車両の前面及び後面の少なくとも一方に並設された複数のミリ波レーダ２と、各ミリ波レーダ２で測定された測定データに基づいて障害物Ｇの有無を判定する制御装置３と、を備え、制御装置３は、ミリ波レーダ２の照射範囲Ｖと予め設定された所定領域とが重複する検知範囲４において障害物Ｇの有無を判定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設車両の障害物検知装置に関する。
近年、工事現場の作業員の作業環境を向上させる技術開発が盛んに進められている。例えば、特許文献１には、ＴＯＦ（Time of Flight）方式のセンサを用いて障害物を検知する光学系の検知システムを建設車両に導入した技術が開示されている。特許文献１の技術によれば、障害物があると判定したときに、例えばＨＳＴ（Hydro Static Transmission）ブレーキなどで建設車両を自動的に停止させることができる（緊急ブレーキ）。障害物を検知するセンサは、ＴＯＦ方式やライダ（Lidar）などの光学系のものや、ミリ波レーダが使用されている。
ＴＯＦ方式やライダなどの光学系の検知システムは、近赤外の波長（700-1000nm、周波数は300-430THz）を用いる。このため、光学系の検知システムは、障害物の位置検知精度は高いが、作業現場で発生する湯気や砂埃も検出してしまうというデメリットがある。
一方、ミリ波レーダは、1-15mm程度（20-300GHz程度）の長い波長を用いており、乗用車の自動運転などに多く使用されている。ミリ波レーダは、波長が長いため粒径の小さい湯気や砂埃を検出しない。そのため、ミリ波レーダは、建設車両が稼働する過酷な作業現場に適している。
特開２０１９－２０３７７４号公報
しかし、ミリ波レーダを用いた検知システムは、ＴＯＦ（Time of Flight）方式やライダなどの光学系の検知システムと比較して、障害物の位置検知精度が低いという問題がある。特に、ミリ波レーダは、複数の障害物が近接して存在している場合、各障害物を分離して認識することが困難となる。障害物の位置検知精度が低下すると、本来存在する作業員を建設車両が認識できず、作業中に作業員を巻き込んでしまうおそれがある。また、建設車両に前記した緊急ブレーキが設けられている場合、障害物の位置検知精度が低下すると、緊急性が無いにも関わらず頻繁に車両が停止してしまい、作業効率が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、ミリ波レーダによる障害物の位置検知精度を向上させることができる建設車両の障害物検知装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明の建設車両の障害物検知装置は、建設車両の前面及び後面の少なくとも一方に並設された複数のミリ波レーダと、各前記ミリ波レーダで測定された測定データに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ミリ波レーダの照射範囲と予め設定された所定領域とが重複する検知範囲において前記障害物の有無を判定することを特徴とする。
前記構成によれば、複数のミリ波レーダを並設させるため、複数の障害物があった場合にこれらの障害物が一体化して認識されるのを防ぐことができる。これにより、障害物の位置検知精度を向上させることができる。
また、前記制御装置は、前記建設車両の進行方向において前記建設車両に最も近い障害物を基準障害物と特定し、当該基準障害物の位置データに基づいて制御信号を送信することが好ましい。
前記構成によれば、建設車両に最も近い基準障害物のみの測定データに基づいて制御信号を送信するため、障害物が建設車両に巻き込まれるのをより確実に防ぐことができる。制御信号は、例えば、警報するための警報信号や、緊急ブレーキのためのブレーキ信号が挙げられる。
また、前記所定領域の幅寸法は、前記建設車両の幅寸法と概ね等しくなっていることが好ましい。
例えば、壁ぎわに寄せて施工する場合や、旋回する場合に、必要のないものまで障害物であると判定すると作業効率が低下するおそれがある。しかし、前記構成によれば、車幅範囲よりも外側の領域については障害物と判定しないため、作業効率の低下を防ぐことができる。
また、各前記ミリ波レーダのレーダ照射中心線は、互いに平行になっていることが好ましい。
前記構成によれば、障害物をミリ波レーダの正面で捉えやすくなるため障害物の位置検知精度をより高めることができる。
本発明によれば、ミリ波レーダによる障害物の位置検知精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係るタイヤローラの障害物検知装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 本実施形態に係るタイヤローラの障害物検知装置の検知範囲を示す平面図である。 １つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［１］の説明図である。 １つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［２］の説明図である。 １つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［３］の説明図である。 １つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［４］の説明図である。 １つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［５］の説明図である。
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、建設車両としてタイヤローラ１０を用いる場合を例示する。説明の際、タイヤローラ１０の「前後」、「左右」、「上下」はタイヤローラ１０の運転者を基準とする。また、左右方向を「Ｘ」、前後方向「Ｙ」と称する場合がある。
＜構成＞
図１において、本発明の建設車両の障害物検知装置１（以下、単に「障害物検知装置１」という）は、低速走行しながら作業を行う転圧ローラ等の建設車両に搭載される。図１は、タイヤ１１でアスファルト路面等の転圧を行うタイヤローラ１０に障害物検知装置１を搭載した場合を示している。障害物検知装置１は、車幅方向に並べて配置された２つのミリ波レーダ２と、制御装置３とを備えている。障害物検知装置１は、本実施形態では、タイヤローラ１０に搭載したが、他の建設車両に搭載してもよい。
ミリ波レーダ２は、ミリ波帯の電波を周囲に送信し、その反射波を受信することで障害物Ｇの距離、角度、相対速度等を測定する装置である。ミリ波レーダ２の測定方式はさまざまな方式を採用することができ、例えば、ＦＭ－ＣＷ（Frequency Modulated - Continuous Wave）方式、２周波（多周波）ＣＷ方式、パルス（パルスドップラ）方式、スペクトル拡散方式があるが、これらに限定されない。
ミリ波レーダ２（２Ａ，２Ｂ）は、本実施形態では、車両の後面に互いに離間して２つ設けている。ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂ間の距離は適宜設定すればよいが、例えば、３０～１５０ｃｍである。ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂのレーダ照射中心線２ａ，２ａは互いに平行となるように配置されている。一のミリ波レーダ２の照射範囲Ｖは、平面視して概ね扇形となっている。
ここで、タイヤローラ１０の車両の右側面に沿って後方に延長する仮想線を仮想線Ｃ１とし、左側面に沿って後方に延長する仮想線を仮想線Ｃ２とする。また、車両の後面と平行であり、車両から概ね３ｍくらいの位置にある仮想線を仮想線Ｃ３とする。仮想線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で囲まれた範囲（予め設定された所定範囲）と、ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂの照射範囲Ｖ，Ｖとが重なる部分を検知範囲４として設定している。
制御装置３は、ミリ波レーダ２で得られた測定データに基づいて人や構造物などの障害物Ｇの有無を判定する装置である。制御装置３は、ミリ波レーダ２と電気的に接続されており、例えば、運転性の操作パネルに設置されている。制御装置３は、各ミリ波レーダ２で得られた測定データを共通のＸＹ座標に変換して、車両に対する障害物Ｇの位置データＰ（ミリ波レーダ２が認識している物体位置）を特定することができる。制御装置３は、得られた位置データＰが、検知範囲４内にあると判定したとき、障害物Ｇがあると判定する。
また、本実施形態では、制御装置３は、検知範囲４に障害物Ｇがあると判定したとき、所定の条件下で車両にブレーキをかけるブレーキ手段（図示省略）を備えている。ブレーキ手段は、例えば、ＨＳＴブレーキを用いることができる。制御装置３が、障害物Ｇがあると判定してからブレーキ信号を出力するまでの条件、つまりブレーキ手段のブレーキの開始タイミングは、障害物Ｇまでの距離や車両の走行速度等に応じて変化させてもよい。
本実施形態では緊急ブレーキとして作用するブレーキ手段を設けたが、ブレーキ手段と併用して、又はブレーキ手段に換えて音や光などの警報装置を設けてもよい。
また、制御装置３は、本実施形態では、例えば複数の障害物Ｇのうち、車両の進行方向において車両に最も近い障害物Ｇを「基準障害物」と特定し、当該基準障害物の位置データＰに基づいて、制御信号（ブレーキ信号、警報信号等）をブレーキ手段や警報装置などに送信する。制御装置３は、障害物Ｇが複数ある場合は、各障害物ＧのＹ方向成分の最小値となる障害物を基準障害物と特定する。また、制御装置３は、障害物Ｇが１つである場合は、その障害物を基準障害物と特定する。
次に、障害物検知装置１の動作の一例について図２を例示して説明する。図２では、車両の後方において、前後、左右に離れて物体ｇ，ｇが存在している。
制御装置３は、ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂから物体ｇ，ｇの測定データを取得したら、これらの測定データを共通のＸＹ座標に変換し、物体ｇ，ｇの位置データＰ５，Ｐ６を算出する。
次に、制御装置３は、その位置データＰ５，Ｐ６が検知範囲４に含まれるか否か算出する。検知範囲４に含まれる場合、これらの物体ｇ，ｇを障害物（障害物Ｇ１，Ｇ２）と判定する。
次に、制御装置３は、障害物Ｇ１，Ｇ２のＹ方向成分の最小値を算出する。この例では、障害物Ｇ１のＹ方向成分が最小となるため、障害物Ｇ１を「基準障害物」と特定する。
次に、制御装置３は、基準障害物となる障害物Ｇ１に対応する位置データＰ５、特に位置データＰ５のＹ方向成分に基づいて所定の条件下でブレーキ信号を送信する。これにより、障害物Ｇ１，Ｇ２が車両に巻き込まれるのを防ぐことができる。
次に、本実施形態の障害物検知装置１の技術的意義について、比較例を用いながら以下に説明する。図３～７に示すように、比較例［１］～［５］では、タイヤローラ１０の後部、かつ、車幅方向中央に１つのミリ波レーダ２を配置している。タイヤローラ１０は、転圧作業により後進する（図中の白抜き矢印の方向に進む）場合を想定している。
＜比較例［１］＞
図３は、１つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［１］の説明図である。
図３に示すように、比較例［１］では、障害物Ｇが１つである。また、ミリ波レーダ２の正面（レーダ照射中心線２ａ上）に障害物Ｇが位置しているため、制御装置３は、実際の障害物Ｇの位置とほぼ同じ位置に位置データＰを特定することができる。
＜比較例［２］＞
図４は、１つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［２］の説明図である。
図４に示すように、比較例［２］では、障害物Ｇが１つである。また、ミリ波レーダ２の正面から外れた位置（レーダ照射中心線２ａから車幅方向に離間した位置）に障害物Ｇが位置しているが、制御装置３は、実際の障害物Ｇの位置とほぼ同じ位置に位置データＰを特定することができる。
＜比較例［３］＞
図５は、１つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［３］の説明図である。
図５に示すように、比較例［３］では、障害物Ｇ１，Ｇ２と障害物が２つある。いずれもミリ波レーダ２の正面から外れた位置に障害物Ｇ１，Ｇ２が位置している。より詳しくは、障害物Ｇ１，Ｇ２は、レーダ照射中心線２ａに対して車幅方向に互いに反対側に離間し、前後方向にも離間した位置に位置している。この場合、制御装置３は、実際の障害物Ｇ１，Ｇ２の位置とほぼ同じ位置にそれぞれ位置データＰ１，Ｐ２を特定することができる。換言すると、制御装置３は、障害物Ｇ１，Ｇ２が幅方向に十分に離間しているため、これらを一体物とみなさず、それそれ分離して認識することができる。
＜比較例［４］＞
図６は、１つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［４］の説明図である。
図６に示すように、比較例［４］では、障害物Ｇ１，Ｇ２と障害物が２つある。障害物Ｇ１は、レーダ照射中心線２ａ上に位置している。一方、障害物Ｇ２は、レーダ照射中心線２ａから幅方向に離間し、かつ、障害物Ｇ１よりも後方に位置している。この場合、制御装置３は、障害物Ｇ１と障害物Ｇ２とが近い位置にあるため、両者を一体物と認識する傾向にある。しかし、障害物Ｇ１がレーダ照射中心線２ａ上であり障害物Ｇ２よりも前に位置しているため、当該一体物を位置データＰ３として特定する。比較例［４］では、制御装置３は、２つある障害物を一体物として認識するが、車両により近い障害物Ｇ１の位置を位置データＰ３として認識するため、障害物検知装置としては問題ない。つまり、車両に最も近い障害物Ｇ１の位置が特定できてさえいれば、障害物Ｇ１，Ｇ２が車両に巻き込まれるおそれは低い。
＜比較例［５］＞
図７は、１つのミリ波レーダで障害物を検知する場合の比較例［５］の説明図である。
図７に示すように、比較例［５］では、障害物Ｇ１，Ｇ２と障害物が２つある。障害物Ｇ１は、レーダ照射中心線２ａから車幅方向に離間している。一方、障害物Ｇ２は、レーダ照射中心線２ａ上であり、かつ、障害物Ｇ１よりも後方に位置している。この場合、制御装置３は、障害物Ｇ１と障害物Ｇ２を一体物と認識する傾向にあり、障害物Ｇ２がレーダ照射中心線２ａ上であるため、当該一体物を位置データＰ４として特定する。つまり、制御装置３は、レーダ照射中心線２ａ上の障害物Ｇ２を重視する傾向にあるため、障害物Ｇ１よりも後方に当該一体物の位置データＰ４が特定されてしまう。比較例［５］であると、制御装置３が認識している一体物の位置データＰ４よりも前方に障害物Ｇ１が存在しているため、障害物Ｇ１が車両に巻き込まれるおそれがある。
上記のように、車両に搭載されたミリ波レーダ２が１つである場合、障害物Ｇが１つであるときは障害物の位置検知精度に問題はない（比較例［１］，［２］）。また、障害物Ｇが複数の場合でも、障害物の位置検知精度に問題がない場合もある（比較例［３］，［４］）。しかし、比較例［５］のようなケースでは、１つのミリ波レーダ２では位置検知精度が低下し、不具合が発生する問題がある。つまり、ミリ波レーダ２は、比較的近い距離において、ミリ波レーダ２の正面の障害物Ｇの位置検知精度は高い。一方、比較的近い距離において、障害物Ｇがミリ波レーダ２の正面から左右のいずれかに外れ、かつ、ミリ波レーダ２の正面後方に他の障害物Ｇがあるような場合に位置検知精度が悪くなるという問題がある。
これに対し、本実施形態に係る障害物検知装置１によれば、図２に示すように、複数のミリ波レーダ２（２Ａ，２Ｂ）を並設させるため、複数の障害物Ｇ１，Ｇ２があった場合に、ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂのいずれかが障害物Ｇ１，Ｇ２の各々を正面で捉え易くなるため、これらの障害物Ｇ１，Ｇ２が一体化して認識されるのを防ぐことができる。これにより、障害物の位置検知精度を向上させることができる。
また、本実施形態に係る制御装置３は、車両の進行方向において車両に最も近い障害物Ｇを「基準障害物」と特定し、当該基準障害物の位置データに基づいて、例えば、ブレーキ信号などの制御信号を送信するようにした。この構成によれば、制御装置３は、車両に最も近い障害物の位置を正確に認識することができる。これにより、障害物Ｇが建設車両に巻き込まれるのをより確実に防ぐことができる。換言すると、本実施形態によれば、比較例５のように、車両に最も近い障害物（障害物Ｇ１）よりも後方に、その障害物の位置データ（位置データＰ４）が認識されるのを防ぐことができる。
また、図１（ａ）に示すように、ミリ波レーダ２の照射範囲Ｖをそのまま検知範囲とすると、壁ぎわに寄せて施工する場合や旋回する場合に、衝突のおそれが低いにもかかわらず障害物Ｇがあると判定されて、車両が無駄に停止して作業効率が低下するおそれがある。この点、本実施形態では、所定領域（予め設置された所定領域）の車幅寸法を、タイヤローラ１０の車幅寸法Ｗと等しくなるように設定している。これにより、作業効率を高めることができる。また、検知範囲４の後方においても、仮想線Ｃ３を設定して車両の無駄な停止を防ぎ作業効率を高めることができる。
なお、検知範囲４の車幅方向（所定領域の車幅寸法）は、仮想線Ｃ１，Ｃ２よりも所定の距離で内側となるように設定してもよいし、外側となるように設定してもよい。
また、本実施形態のミリ波レーダ２Ａ，２Ｂは、車両の後面に並設されており、ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂのレーダ照射中心線２ａ，２ａは、互いに平行になっている。これにより、レーダ照射中心線２ａ，２ａが非平行である場合と比較して、ミリ波レーダ２Ａ，２Ｂのいずれかが検知範囲４内の障害物を正面で捉えやすくなるため、狭い検知範囲４内の障害物の位置検知精度をより高めることができる。
また、建設車両、特に本実施形態のような締固め機械の作業現場では、狭い範囲に作業員、警備員、構造物などが存在するため、これらへの接触、衝突、巻き込み等を起こしてはならない。一方、本実施形態のように緊急ブレーキを備える車両においては、作業効率の観点からギリギリのところで車両を停止させることが望まれている。この点、本実施形態によれば、車両に近い距離での位置検知精度を高めることができるため、作業環境と作業効率の向上を図ることができる。
ここで、例えば、図４のケースのように、ミリ波レーダ２が１つであり、正面から外れた位置に障害物Ｇがある場合において、タイヤローラ１０の後方に、さらに他の建設車両が稼働している場合がある。つまり、複数の建設車両が近い距離で稼働している場合がある。
このような場合、ミリ波レーダ２は、金属製の障害物に強く反応する傾向がある。そのため、制御装置３は他の建設車両は認識するものの、図４のタイヤローラ１０に対して近い位置にある障害物Ｇを認識できなくなるという問題もある。しかし、本実施形態によれば、ミリ波レーダ２が車幅方向に２つ並設されているため、例えば、ミリ波レーダ２Ａで障害物Ｇを検知し、ミリ波レーダ２Ｂで他の建設車両を検知することができる。またこの際、相対的にタイヤローラ１０に近い障害物Ｇを「基準障害物」と特定するため、障害物Ｇがタイヤローラ１０に巻き込まれるのを防ぐことができる。
以上本発明の実施形態について説明したが、適宜設計変更が可能である。本実施形態では、２つのミリ波レーダ２を用いた場合について説明したが、３以上のミリ波レーダ２を用いてもよい。また、複数のミリ波レーダは、タイヤローラ１０の車幅方向に限らず、高さ方向に並べて配置してもよい。
また、本実施形態では、ミリ波レーダ２を車両の後面に取り付けたが、ミリ波レーダ２は車両の前面及び後面の少なくとも一方に設ければよい。
１ 障害物検知装置
２，２Ａ，２Ｂ ミリ波レーダ
３ 制御装置
４ 検知範囲
１０ タイヤローラ
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２ 障害物

Claims (4)

  1. 建設車両の前面及び後面の少なくとも一方に並設された複数のミリ波レーダと、
    各前記ミリ波レーダで測定された測定データに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記ミリ波レーダの照射範囲と予め設定された所定領域とが重複する検知範囲において前記障害物の有無を判定することを特徴とする建設車両の障害物検知装置。
  2. 前記制御装置は、前記建設車両の進行方向において前記建設車両に最も近い障害物を基準障害物と特定し、当該基準障害物の位置データに基づいて制御信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の建設車両の障害物検知装置。
  3. 前記所定領域の幅寸法は、前記建設車両の幅寸法と概ね等しくなっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建設車両の障害物検知装置。
  4. 各前記ミリ波レーダのレーダ照射中心線は、互いに平行になっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の建設車両の障害物検知装置。
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