JP6230280B2 - 作業車両の後方周辺監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォークリフトや重量物搬送台車など、少なくとも後輪を換向する作業車両の後方周辺監視装置に関する。

たとえば特許文献２には、フォークリフトにおいて、操舵装置の操舵角に対応して、後方を監視する後方カメラの撮像方向を、旋回方向後方に向くように制御する技術が開示されている。また特許文献１には、後方および左右側方をそれぞれ撮像する３台の撮像装置を設けて、３つの画像を合成表示するものが開示されている。

特開２０１２−５１６７８ 特開２０００−３４４４９８

しかし、特に後輪換向式で大型のフォークリフトなどは、良好な後方視界が確保しにくく、また撮像装置で後方画像を撮像してモニター表示しても、車両本体と走行方向の関係を把握しにくいという問題点がある。

本発明は上記問題点を解決して、オペレータが後方視界の死角内の障害物や作業員や、車両本体の旋回方向を良好に把握できて、安全性および操作性を向上させることができる作業車両の後方周辺監視装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
少なくとも左右の後輪を換向する作業車両の後方周辺監視装置であって、
車両本体の後部中央から後方を撮像する後方撮像装置、車両本体の右後輪の車軸上方に配置されて右後輪を含む右側方を撮像する右側方撮像装置、および車両本体の左後輪の車軸上方に配置されて左後輪を含む左側方を撮像する左側方撮像装置と、
後輪の操舵角に基づいて車両本体の旋回中心を求め、当該旋回中心のデータに基づいて左右の後輪の進行軌跡を演算する進行軌跡演算部と、
後方撮像装置、右側方撮像装置および左側方撮像装置により撮像された３つの撮像データにより、車体画像の周囲に対応して配置された後方画像部、左側方画像部を有する俯瞰画像を合成し、前記進行軌跡演算部で演算された進行軌跡を当該俯瞰画像に重畳表示して合成画像を作成する画像処理装置と、
操縦席に配置されて前記合成画像を表示するバックアラウンドモニタ装置と、を具備し、
前記合成画像は、前記右側方撮像装置および前記左側方撮像装置により左右後輪の車軸上方から撮像した撮像データから、左右後輪の転舵方向が視認可能な左右の後輪の拡大画像をそれぞれ表示した後輪拡大表示部と、左右の後輪の中立位置を表示する直進表示部と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
進行軌跡演算部で演算された進行軌跡の前進軌跡と後進軌跡のうちの一方を、前進・後進切替スイッチの信号に基づいて選択し、バックアラウンドモニタ装置の合成画像に表示することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、
バックアラウンドモニタ装置の合成画像に、左右の後輪の操舵角を表示する舵角表示部を設けたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構成において、
バックアラウンドモニタ装置を操縦席の後部に配置して、バックアラウンドモニタ装置の俯瞰画像をオペレータからの後方視界に対応させ、
前記俯瞰画像は、車体画像の上部に後方画像部が、車体画像の左部に右側方画像部が、車体画像の右部に左側方画像部がそれぞれ配置されたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の構成において、
進行軌跡演算部は、前進・後進軌跡のデータに基づいて、所定距離前進または後進した位置における前進予測車体画像および後進予測車体画像のデータを求め、前進・後進切替スイッチの信号に基づき、前進予測車体画像または後進予測車体画像を選択して画像処理装置に出力し、
前記前進予測車体画像または前記後進予測車体画像をバックアラウンドモニタ装置の合成画像に重畳表示したことを特徴とする。

請求項１記載の構成によれば、後輪の車軸上方に配置された右側方撮像装置および左側方撮像装置により、換向された左右の後輪をそれぞれ精度良く撮像して、合成画像の後輪拡大表示部に左右の後輪の拡大の画像を表示するとともに、合成画像に進行軌跡を重畳表示したので、オペレータから視認できない死角内の障害物や作業員とともに、後輪の換向姿勢や走行方向を正確に把握することができ、前、後進時で特に旋回時の安全性を向上させることができる。

請求項２記載の構成によれば、バックアラウンドモニタ装置の合成画像に、前進・後進切替スイッチの信号に基づいて選択された前進軌跡または後進軌跡が表示されるので、前進・後進切替スイッチの操作位置を再認識することができ、安心して走行操作することができる。

請求項３記載の構成によれば、直進表示部により、後輪の中立位置を的確に把握することができる。また舵角表示部により、左右の後輪の舵角を精度良く知ることができ、誤操作を抑制することができる。

請求項４記載の構成によれば、操縦席の背面にバックアラウンドモニタ装置を配置することで、後進時に後ろ向きの自然な動作で、後方の死角を視認するとともに、旋回方向を確認することができる。

請求項５記載の発明によれば、前進または後進に対応した前進予測車体画像または後進予測車体画像を、合成画像に表示することにより、走行状態の車両本体の姿勢を予見して、車両本体と障害物などとの接触範囲を予め精度良く予測でき、走行時の安全性をさらに向上させることができる。

（ａ）（ｂ）は本発明に係る作業車両の後方周辺監視装置の実施例で、操縦席の前部に設置したバックアラウンドモニタ装置の合成画像を示し、（ａ）は後進、直進状態の画像図、（ｂ）は前進、直進状態の画像図である。 （ａ）（ｂ）はバックアラウンドモニタ装置の合成画像を示し、（ａ）は後進、旋回状態の画像図、（ｂ）は前進、旋回状態の画像図である。 後方周辺監視装置を具備した大型フォークリフトの側面図である。 後方周辺監視装置を具備した大型フォークリフトの平面図である。 後方周辺監視装置の構成図である。 進行軌跡演算部のフロー図である。 進行軌跡演算部における動作説明図である。 （ａ）（ｂ）は、操縦席の後部に設置したバックアラウンドモニタ装置の合成画像を示し、（ａ）は後進、旋回状態の画像図、（ｂ）は前進、旋回状態の画像図である。

［実施例１］
以下、本発明に係る作業車両の後方周辺監視装置の実施例を図面に基づいて説明する。
（フォークリフト）
図３，図４は、代表的な後輪換向式の作業車両である大型フォークリフトである。車両本体１１の前部に走行駆動用の前輪１２Ｌ，１２Ｒが設けられるとともに、車両本体１１の後部に操舵用の後輪１３Ｌ，１３Ｒが設けられている。車両本体１１内には、駆動源となるエンジンや発電機が搭載されるとともに、車両本体１１の前部に、操縦室１４および操縦室１４を覆うヘッドガード１５が配置され、また後部にバランスウェイト１６が設置されている。さらに車両本体１１の前部に、左右一対の荷役用フォーク１７を昇降するリフト装置１８が具備されている。

（後方周辺監視装置）
本発明に係る後方周辺監視装置は、図４に示すように、車両本体１１の後部中央の車両本体１１の中心に沿う車体軸ＣＬで、バランスウェイト１６の後端上部に取り付けられた後方カメラ（後方撮像装置）２１Ｃと、車両本体１１の後部右側で後輪軸心に沿う後輪車輪軸ＲＷの直上位置のバランスウェイト１６に取り付けられた右側方カメラ（右側方撮像装置）２１Ｒと、車両本体１１の後部左側で後輪軸心に沿う後輪車輪軸ＲＷの直上位置のバランスウェイト１６に取り付けられた左側方カメラ（左側方撮像装置）２１Ｌからなる３台の撮像装置を具備している。そして、図５に示すように、これら撮像装置２１Ｃ，２１Ｌ，２１Ｒによる撮像データを合成して図１，図２に示す合成画像Ｆを形成する画像処理装置２２を具備している。また図５に示すように、車両本体１１の寸法などのデータが記録された車体データメモリ２３と、操縦室１４に設置されて前進、ニュートラル（中立）、後進を切替える前後進操作レバー（図示せず）の操作を検出する前進・後進切替スイッチ２４と、右後輪１３Ｒに設置された右後輪舵角センサ２５Ｒと、左後輪１３Ｌに設置された左後輪舵角センサ２５Ｌの、各データに基づいて、後輪１３Ｌ，１３Ｒの進行軌跡（前進・後進軌跡）を演算する進行軌跡演算部２６が設けられている。また画像処理装置２２では、進行軌跡演算部２６で演算された進行軌跡を、俯瞰画像ＰＰに重畳して合成画像Ｆを作成する。そして、合成画像Ｆを表示するバックアラウンドモニタ装置２７が、操縦室１４の座席１４ａの前方に設置されている。

（合成画像）
バックアラウンドモニタ装置２７には、俯瞰画像ＰＰ、中立ランプ（直進表示部）２８および後輪表示部３０Ｌ，３０Ｒからなる合成画像Ｆが表示される。

俯瞰画像ＰＰは、図１，図２に示すように、まず前進方向が上向きとなった平面視の車体画像ＰＭが上部に配置される。そして、後方カメラ２１Ｃが撮像した後方画像部ＰＢが車体画像ＰＭの下部に配置され、左側方カメラ２１Ｌが撮像した左側方画像部ＰＬが車体画像ＰＭの左部に配置され、さらに右側方カメラ２１Ｒが撮像した右側方画像部ＰＲが車体画像ＰＭの右部に配置されて、俯瞰画像ＰＰが形成される。そしてこれら後方画像部ＰＢ、右側方画像部ＰＲおよび左側方画像部ＰＬの隣接部を連続して整合表示され、俯瞰画像ＰＰと操縦席１４ａからの前方視界とが対応される。

なお、俯瞰画像ＰＰの各画像ＰＢ，ＰＬ，ＰＲは、撮像状態のそのまま全体を表示する俯瞰表示と、車両本体１１から２ｍの距離の範囲は俯瞰表示し、２ｍを超える範囲を遠景まで表示可能な遠近表示するバタフライ表示と、に切り替えることができる。

また合成画像Ｆには、車両本体１１からの距離を示す距離ポイントマーカ(トンボマーク)Ｔが一定間隔ごとに重畳表示される。さらに合成画像Ｆの左上部（または右上部）に、後輪１３Ｌ，１３Ｒが直進状態で点灯する中立ランプ（直進表示部）２８が配置される。

右の後輪表示部３０Ｒは、俯瞰画像ＰＰの右下部の上側に配置されて、右側方カメラ２１Ｒの画像から画像処理された右後輪１３Ｒの拡大画像を表示する右後輪拡大表示部（後輪拡大表示部）ＰＲｗと、その下側に配置されて右後輪１３Ｒの舵角を表示する右後輪舵角表示部（後輪舵角表示部）２９Ｒと、を具備している。左の後輪表示部３０Ｌは、俯瞰画像ＰＰの左下部の上側に配置されて、左側方カメラ２１Ｌの画像から画像処理された左後輪１３Ｌの拡大画像を表示する左後輪拡大表示部（後輪拡大表示部）ＰＬｗと、その下側に配置されて左後輪１３Ｌの舵角を表示する左後輪舵角表示部（後輪舵角表示部）２９Ｌと、を具備している。

（進行軌跡演算部）
次に、進行軌跡演算部２６の動作を図５〜図７を参照して説明する。
後輪舵角センサ２５Ｌ，２５Ｒから後輪１３Ｌ，１３Ｒの舵角θＬ，θＲが入力されると、原点座標ＯＬ，ＯＲが選択される(STEP.1)。この原点座標ＯＬ，ＯＲは、後輪１３Ｌ，１３Ｒの換向中心（たとえばキングピン）ＫＬ，ＫＲを通り、かつ前輪軸ＦＷに直交交差する左右の点であり、ステアハンドルにより、右・左旋回する側の原点座標ＯＬ，ＯＲと、図１に示す中立姿勢が選択される。たとえば図７は、前進時にステアハンドルが右に切られた場合を示し、この場合には、右旋回の原点座標ＯＲが選択される。

そして、前輪軸ＦＷ上の旋回中心Ｏｅの平面座標が演算される(STEP.2)。
すなわち、図７に示すように、前輪軸ＦＷと後輪軸ＲＷ間のホイールベースＷＢとすると、前輪軸ＦＷ上で、右旋回の原点座標ＯＲから旋回中心Ｏｅまでの距離Ｌ１は、三角形Ｏｅ，ＫＲ，ＯＲから、
Ｌ１＝tan（９０−θＲ）×ＷＢ…（１式）で求められる。したがって、前輪軸ＦＷをＸ軸、原点座標ＯＲが（０，０）とすると、旋回中心Ｏｅの座標は［tan（９０−θＲ）×ＷＢ，０］である。

さらに、旋回中心Ｏｅを中心とする右後輪１３Ｒの旋回半径ＲＲは、
ＲＲ²＝［tan（９０−θＲ）×ＷＢ］²＋ＷＢ²

で求められる。
また、右の後輪１３Ｒの換向中心ＫＲと左の後輪１３Ｌの換向中心ＫＬ間の距離ｂとすると、左旋回の原点座標ＯＬは（−ｂ，０）であり、この左旋回の原点座標ＯＬから旋回中心Ｏｅまでの距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｌ１＋ｂである。したがって、旋回中心Ｏｅを中心とする左後輪１３Ｌの旋回半径ＲＬは、三角形Ｏｅ，ＫＬ，ＯＬから
ＲＬ²＝｛［tan（９０−θＲ）×ＷＢ］＋ｂ｝²＋ＷＢ²

で求められる。
次いで、（２）式および（３）式に基づいて、旋回中心Ｏｅを中心とする旋回半径ＲＲの右後輪１３Ｒの進行軌跡ＦＴｉ，ＢＴｉ（直進はＦＴs，ＢＴｓ）と，旋回中心Ｏｅを中心とする旋回半径ＲＬの左後輪１３Ｌの進行軌跡ＦＴｏ，ＢＴｏ（直進はＦＴｓ，ＢＴｓ）を求める(STEP.3)。

さらに、前進・後進切替スイッチ２４の信号に基づいて、進行軌跡のうちから前進軌跡ＦＴｉ，ＦＴｏまたは後進軌跡ＢＴｉ，ＢＴｏ、あるいは直進軌跡ＦＴs，ＢＴｓを選択する(STEP.4)。

また画像処理装置２２では、進行軌跡演算部２６から送られた進行軌跡のデータと、前進・後進切替スイッチ２４の信号に基づいて、車両本体１１が所定距離、前進または後進した位置に、図１，図２に示す前進・後進予測車体画像ＰＭｆ，ＰＭｂを形成し、現在位置から前進・後進予測車体画像ＰＭｆ，ＰＭｂの位置に至る後輪１３Ｌ，１３Ｒの前進軌跡ＦＴまたは後進軌跡ＢＴと、前進予測車体画像ＰＭｆまたは後進予測車体画像ＰＭｂとを、バックアラウンドモニタ装置２７の俯瞰画像ＰＰに重畳表示する。この時、前進・後進進行予測画像ＰＭｂ，ＰＭｆは半透明のたとえば着色画像で、背面の俯瞰画像ＰＰが十分認識可能なように表示される。もちろん、前進軌跡ＦＴｉ，ＦＴｏまたは後進軌跡ＢＴｉ，ＢＴｏのみを俯瞰画像ＰＰに重畳表示してもよい。

（実施例の効果）
上記構成によれば、後進する時に、座席１４ａから後方を見て安全確認するとともに、バックアラウンドモニタ装置２７を見て、後方視界に対応した合成画像Ｆにより、後輪１３Ｌ，１３Ｒの中立位置または転舵方向と、前進軌跡ＦＴｉ，ＦＴｏまたは後進軌跡ＢＴｉ，ＢＴｏ、前進または後進した時の進行予測画像ＰＭｂ，ＰＭｆを視認することができる。したがって座席１４ａの死角にある障害物や作業員を容易に確認できるとともに、進行軌跡から前進および後進した時の後輪１３Ｌ，１３Ｒの予測位置や車両本体１１の進行軌跡を正確に把握することができ、安全性を向上させることができる。また、ステアハンドルを転舵して旋回する時に、バックアラウンドモニタ装置２７により後輪１３Ｌ，１３Ｒの舵角を視認することができ、操舵を精度良く行うことができる。

またバックアラウンドモニタ装置２７の合成画像Ｆに、前進・後進切替スイッチ２４の信号に基づいて選択された前進軌跡ＦＴｉ，ＦＴｏまたは後進軌跡ＢＴｉ，ＢＴｏが表示されるので、前進・後進切替スイッチ２４の操作位置を再認識することができ、安全走行を促進できる。

さらに、中立ランプ２８により、後輪１３Ｌ，１３Ｒの中立位置を的確に把握することができる。また右輪舵角表示部２９Ｒおよび左輪舵角表示部２９Ｌにより、後輪１３Ｌ，１３Ｒの舵角を精度良く知ることができ、誤操作を抑制することができる。

さらにまた、合成画像Ｆに距離ポイントマーカＴを表示したので、車両本体１１から障害物やオペレータまでの距離を知ることができ、安全な作業が可能となる。
また、所定距離前進または後進した前進予測車体画像ＰＭｆまたは後進予測車体画像ＰＭｂを、合成画像Ｆに表示することにより、走行後の車両本体１１の位置や姿勢を予見することができ、車両本体１１との接触範囲を予め予測できて、走行時の安全性をさらに向上させることができる。

（合成画像の他の実施例）
図８は、操縦席１４で座席の後部に配置したバックアラウンドモニタ装置２７の合成画像Ｆを示す。この合成画像Ｆでは、車体画像ＰＭ、後方画像部ＰＢ、右側方画像部ＰＲおよび左側方画像部ＰＦからなる俯瞰画像ＰＰが１８０°反転して配置されて、オペレータの後方視界と俯瞰画像ＰＰが対応されている。すなわち、前進方向が下向きとなった車体画像ＰＭが下部に配置され、後方画像部ＰＢが車体画像ＰＭの上部に配置され、右側方画像部ＰＲが車体画像ＰＭの左部に配置され、左側方画像部ＰＬを車体画像ＰＭの右部に配置される。

そして、俯瞰画像ＰＰの左下部（または右下部）に中立ランプ２８が配置される。また俯瞰画像ＰＰの左上部に、右後輪画像表示部ＰＲｗと右後輪舵角表示部２９Ｒが上下に配置された右の後輪表示部３０Ｒが設けられる。さらに俯瞰画像ＰＰの右上部に、左後輪画像表示部ＰＬｗと左後輪舵角表示部２９Ｌを上下に配置した左の後輪表示部３０Ｌが設けられる。

他の実施例によれば、操縦席１４の背面にバックアラウンドモニタ装置２７を配置したので、後進時に後ろ向きの姿勢で、後方視界に対応した合成画像Ｆにより、後方で死角となった障害物を容易かつ正確に視認することができ、また旋回方向を確認できて、安全性を向上させることができる。

１１ 車両本体
１２Ｌ，１２Ｒ 前輪
１３Ｌ，１３Ｒ 後輪
１４ 操縦室
２１Ｃ 後方カメラ（後方撮像装置）
２１Ｌ 左側方カメラ（左側方撮像装置）
２１Ｒ 右側方カメラ（右側方撮像装置）
２２ 画像処理装置
２３ 車体データメモリ
２４ 前進・後進切替スイッチ
２５Ｌ 左後輪舵角センサ（後輪舵角センサ）
２５Ｒ 右後輪舵角センサ（後輪舵角センサ）
２６ 進行軌跡演算部
２７ バックアラウンドモニタ装置
２８ 中立ランプ（直進表示部）
２９Ｌ 左輪舵角表示部（舵角表示部）
２９Ｒ 右輪舵角表示部（舵角表示部）
３０Ｌ 左の後輪表示部
３０Ｒ 右の後輪表示部
ＰＰ 俯瞰画像
Ｆ 合成画像
ＰＭ 車体画像
ＰＭｆ 前進予測車体画像
ＰＭｂ 後進予測車体画像
ＰＢ 後方画像部
ＰＬ 左側方画像部
ＰＲ 右側方画像部
ＰＬｗ 左後輪拡大表示部（後輪拡大表示部）
ＰＲｗ 右後輪拡大表示部（後輪拡大表示部）
ＦＴｉ，ＦＴｏ 前進軌跡（進行軌跡）
ＢＴｓ，ＢＴｓ 直進軌跡（進行軌跡）
ＢＴｉ，ＢＴｏ 後進軌跡（進行軌跡）
ＫＬ，ＫＲ 後輪の換向中心
ＯＬ 左旋回の原点座標
ＯＲ 右旋回の原点座標
Ｏｅ 旋回中心

Claims (5)

1. 少なくとも左右の後輪を換向する作業車両の後方周辺監視装置であって、
   車両本体の後部中央から後方を撮像する後方撮像装置、車両本体の右後輪の車軸上方に配置されて右後輪を含む右側方を撮像する右側方撮像装置、および車両本体の左後輪の車軸上方に配置されて左後輪を含む左側方を撮像する左側方撮像装置と、
   後輪の操舵角に基づいて車両本体の旋回中心を求め、当該旋回中心のデータに基づいて左右の後輪の進行軌跡を演算する進行軌跡演算部と、
   後方撮像装置、右側方撮像装置および左側方撮像装置により撮像された３つの撮像データにより、車体画像の周囲に対応して配置された後方画像部、左側方画像部および右側方画像部を有する俯瞰画像を形成し、前記進行軌跡演算部で演算された進行軌跡を当該俯瞰画像に重畳表示して合成画像を作成する画像処理装置と、
   操縦席に配置されて前記合成画像を表示するバックアラウンドモニタ装置と、を具備し、
   前記合成画像は、前記右側方撮像装置および前記左側方撮像装置により左右後輪の車軸上方から撮像した撮像データから、左右後輪の転舵方向が視認可能な左右の後輪の拡大画像をそれぞれ表示した後輪拡大表示部と、左右の後輪の中立位置を表示する直進表示部と、を有する
   ことを特徴とする作業車両の後方周辺監視装置。
2. 進行軌跡演算部で演算された進行軌跡の前進軌跡と後進軌跡のうちの一方を、前進・後進切替スイッチの信号に基づいて選択し、バックアラウンドモニタ装置の合成画像に表示する
   ことを特徴とする請求項１記載の作業車両の後方周辺監視装置。
3. バックアラウンドモニタ装置の合成画像に、左右の後輪の操舵角を表示する舵角表示部を設けた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の作業車両の後方周辺監視装置。
4. バックアラウンドモニタ装置を操縦席の後部に配置して、バックアラウンドモニタ装置の俯瞰画像をオペレータからの後方視界に対応させ、
   前記俯瞰画像は、車体画像の上部に後方画像部が、車体画像の左部に右側方画像部が、車体画像の右部に左側方画像部がそれぞれ配置された
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作業車両の後方周辺監視装置。
5. 進行軌跡演算部は、前進・後進軌跡のデータに基づいて、所定距離前進または後進した位置における前進予測車体画像および後進予測車体画像のデータを求め、前進・後進切替スイッチの信号に基づき、前進予測車体画像または後進予測車体画像を選択して画像処理装置に出力し、
   前記前進予測車体画像または前記後進予測車体画像をバックアラウンドモニタ装置の合成画像に重畳表示した
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の作業車両の後方周辺監視装置。

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