JP6272347B2 - 自律走行車両、及び自律走行システム - Google Patents

Description

本発明は、走行路を自律的に走行する自律走行車両、及び複数の自律走行車両を閉塞制御により管制する自律走行システムに関する。

鉱山における採掘作業では、安全性向上と低コスト化を目的に無人の機械が採掘作業を行うための技術が求められている。採掘現場では土砂を掘り、採掘現場の外に鉱物や土砂を運搬する必要がある。採掘現場の外に土砂を運搬する作業はダンプトラックなど土砂積載量の大きな巨大車両にて行われるが、土砂の単位時間当たりの運搬量は採掘の進捗に直結するため、高速で正確、且つ途切れのない運搬が求められる。

鉱山ダンプにおける自律走行システムでは、鉱山ダンプに装着したＧＰＳなどの測位装置による自車位置情報と、鉱山の地図データに基づいてルートを決定し、車両に取り付けられた外界認識センサにより走行路面の形状や位置、障害物を検出しながら事故が起きないように自律的な走行制御を行っている。

鉱山ダンプの走行する搬送路は広域の鉱山現場などでは数km〜十数kmと長く、また搬送路維持費用を増大させない為、往復２車線程度の広さで整備する事が多い。この為、搬送路の途中で故障等の理由で車両が停止した場合、後続車両も運行不能となり停止するか、或いは対向車との衝突の危険性を防ぐ為に後続車両に速度制限を行うなどして追い越しを行うなどの方法がある。

また、鉱山ダンプはサイズ、重量とも非常に大きく、急な制動や操舵が困難である為、閉塞制御を取り入れて管制を行うことで、安全面の一層の向上を図る事が可能である。すなわち搬送路上に仮想の閉塞区間を設定し、設定区間内に一両の車両のみの走行を許可する閉塞制御を行う事で、不慮の停止等があっても追突等の事故を防ぐ事ができる。

一方、車両側に着目すると、走行する搬送路は一般の道路と比較して粉塵や泥はね等が多く、過酷な環境での走行となる。この為、外界認識センサへの汚れ、或いは故障により障害物等の検出性能が低下する可能性は高くなると考えられ、その対応が重要な課題である。

本技術分野の技術背景として、〔特許文献１〕がある。
この従来技術には、故障車両や障害物により搬送路の一部が走行不可能となった場合、走行不可能な個所を含む一部分の区間の制限速度のみを変更し、追い越しにおける対向車との衝突を防ぐ方法が記載されている。これにより、センサの故障等で停止するような不具合が起きた場合でも、他の車両が安全に停止車両を追い越して運行を続ける事が出来、正常な車両まで停止する事を防いで全体の運行効率を上げる事ができる。

また、〔特許文献２〕には、自律走行の為の複数のセンサの故障の状態を検出し、異常時に他のセンサが正常であると確認できた場合には立ち往生することなく、退避場所まで走行するとの記載がある。このような技術によれば、正常である残りのセンサで走行が可能な場合は、故障車両を退避場所まで移動可能となり、走行路を防いでしまう不都合を避ける事ができる。

特開２００７−３２３６７５号公報 特開２０１０−１７６２８３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような自律走行システムにおいては、故障車両が走行路中に止まった状況を自動的に回復する事ができず、修理が完了し、当該車両が移動するまでの期間、当該区間は速度制限をしたままの状態となってしまう。この為、搬送路が長い一本道であるような場合、その区間がボトルネックとなって全体の運行効率を下げてしまう。

さらに、安全性を向上させる為閉塞制御による管制を行う場合には、当該閉塞区間内に停止車両がいる限りその区間を他車両が走行することができず、当該区間に接続される区間全体で後続の車両が順次停止に至る問題が発生する。別の解決手段として、閉塞制御でのこのような問題を避ける為、当該車両がセンサの性能低下により停止した際、地図を更新して閉塞区間を停止車両のいない位置に移動して再設定する方法もある。しかし上述したように搬送路全体に退避の為のスペースを設ける事はコスト面からも望ましくなく、良い解決方法とは言えない。

また、上述した特許文献２に示されるような自律移動装置においては、複数のセンサの内の何れかに異常が発生した場合でも、他のセンサが正常である事を評価しこれらのセンサを用いて退避位置まで走行するもので、退避位置までの走行の間、障害物の検出性能が低下したままの状態で通常走行を続ける点で大型ダンプの自律走行には安全面に問題がある。さらに、本技術では閉塞区間の概念は論じられておらず、周囲に走行車両等が存在するか否かに関わらず走行を続けてしまう点において、更に安全性が低下する。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、閉塞制御を行う管制下で自律走行する車両において、外界認識センサの汚れや故障により障害物の検出性能が低下した場合であっても、全体の運行効率の低下を防ぐ事を特徴とするものである。

本発明は上記課題を解決するために、外界認識センサにより自律走行する自律走行車両において、
前記車両に走行路の地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、センサの性能低下の状態を評価するセンサ状態評価手段と、前記車両の現在位置と前記地図情報とから、その位置に停止した場合の他車の運行への影響を評価する運行障害評価手段と、前記センサ状態評価手段の評価結果に応じて、前記車両が走行する際の速度の制限値を設定する速度制限値設定手段とを備え、前記センサ状態評価手段の評価結果が第一の範囲となった場合、前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲外である場合には前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、速度制限値を設定した上で制限値の範囲内で走行を継続することを特徴とするものである。

更に、本発明の自律走行車両は、前記速度制限値設定手段は、舵角の制御を行い、前記センサ状態評価手段の評価結果が第一の範囲となった場合、前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲外である場合には前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、舵角制限値を設定した上で制限値の範囲内で走行を継続することを特徴とするものである。

更に、本発明の自律走行車両は、前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲となった場合に、停止ことを特徴とするものである。

更に、本発明の自律走行車両は、前記センサの検出エリアを複数に分割してそれぞれに重みを設定し、エリア毎にセンサの汚れ、或いは不具合の程度による評価値を求め、当該評価値に、前記エリアに応じた重みづけを行って得られた値を合計した値を用いて、前記センサ状態評価手段における評価結果を得るようにしたことを特徴とするものである。

更に、本発明の自律走行車両は、前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、設定された舵角の制限値を用いて、閉塞区間外である目的地に移動することを特徴とするものである。

更に、本発明の自律走行車両は、前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした状態の場合に、この状態を外部の管制センタに通知し、該管制センタから送信された目的地までの経路情報を受信することを特徴とするものである。

また、本発明は上記課題を解決するために、閉塞制御による管制を行って、センサにより自律走行する複数の自律走行車両を運行する自律走行システムにおいて、前記車両にセンサの性能低下の状態を検知するセンサ状態評価手段と、前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、車両で行う動作を規定したルールを記憶するルール記憶手段と、センサ状態評価手段の結果に応じて前記ルールに従った動作を行うルール実行手段とを備え、前記車両或いは管制センタに、地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、自車の位置情報に基づいて、自車の現在位置が閉塞区間内であるか否かを判断する閉塞区間判別手段と、前記ルール記憶手段のルールに、少なくとも前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて速度の制限値を設定する動作を設け、前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、自車の現在位置が前記閉塞区間内である場合には前記ルールに設定された速度の制限値を設定し、閉塞区間外まで前記設定した速度範囲内で走行することを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記管制センタに前期ルールを生成するルール生成手段を設け、該ルール生成手段で生成したルールを、前記管制センタから自律走行車両に送信して利用することを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記センサの検出エリアを複数に分割してそれぞれに重みを設定し、エリア毎にセンサの汚れ、或いは不具合の程度による評価値を求め、当該評価値に、前記エリアに応じた重みづけを行って得られた値を合計した値を用いて、前記センサ状態評価手段における評価結果を得るようにしたことを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、前記管制センタに通知し、該管制センタは、閉塞区間外にある目的地を検索し、当該目的地までの経路情報を車両に送信することを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした際に、前記ルール実行手段で設定された舵角の制限値を用いて、閉塞区間外である目的地に走行することを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記管制センタにおいて目的地を選択する場合に、地図情報から適切な場所を選択し、閉塞区間ではない区間を新たに設置して地図情報を更新し、当該区間内の目的地までの経路情報を車両に送信することを特徴とするものである。

更に、本発明は自律走行システムにおいて、前記センサ状態評価手段で評価した値の履歴を所定の間隔で記憶するセンサ状態記憶手段を設け、所定のタイミングで、前記管制センタから送信された経路情報に基づいて次の区切りの時刻を予測し、前記評価した値の履歴から、前記区切りの時刻における評価値を推定し、当該推定値が予め設定された範囲を超える場合には、前記管制センタに整備要求を送信し、前記管制センタは、整備可能な位置への経路情報を車両に送信することを特徴とするものである。

本発明によれば、センサに性能低下が起こった場合に、利用可能なセンサの種類や性能の評価を行う事で、これに応じて速度及び舵角に制限をかけた状態の縮退運転が可能となる。加えて、現在位置の搬送路の幅や状態を考慮して、現在位置に停止した場合の他車両への影響を評価する事が出来る為、全体の運行を妨げない位置まで縮退運転で走行した後に停止する事が可能となり、センサの性能低下が起こっても、他車への影響を最低限に抑える効果を得ることができる。

また、本発明によれば、閉塞制御で管制を行う区間内でセンサに性能低下が起こった場合でも、利用可能なセンサの種類や性能の評価を行う事で、これに応じて速度及び舵角に制限をかけた状態の縮退運転が可能となる。本発明では、現在位置から走行中の区間が閉塞区間か否かを判別するようにしており、センサ性能が低下した場合でも区間内に他車両が進入できない閉塞区間中に停止する事を避けるようにしている。これにより、センサの性能低下時でも、他の車両への影響を最低限に抑え、全車両の運行が停止してしまうような状態を回避できる効果を得られる。閉塞区間内は他の車両が進入しない事が保証されている区間であり、センサ性能低下時の縮退運転での走行においても高い安全性が保たれるのが特徴である。

また、本発明によれば、センサ性能低下時に車両で行うルールを、管制センタ側で生成して更新可能であり、センタで把握している搬送路の形状や路面の状態、天候、走行車両の運行密度などの情報に応じて運搬効率と安全の両面から最適なルール設定が可能となる効果が得られる。また、車両の運行中も含め、通信を介してルールの更新が自由に行える為、時々刻々変化するような情報に基づいてルールを設定する事が可能となる。

また、本発明によれば、障害物や路面の検出への影響が少ない部分のレンズ汚れによる評価を小さく算出する事が可能となり、走行に支障のない範囲のレンズ汚れによる停止や縮退運転を避ける効果が得られる。

また、本発明によれば、センサ性能低下時に退避を行う為の目的地を、運行状況を把握している管制センタで選択する事が可能となる為、後続する他の車両との距離が十分に離れている場合には最近の退避場所ではなく、距離が多少長くなっても整備可能な退避場所を目的地とするといった、より柔軟な目的地選択が可能となる効果が得られる。

また、本発明によれば、退避する目的地までの経路を予めチェックし、設定された舵角の制限値の範囲内で、目的地までの経路を走行可能かどうかを確認する事ができる。この事により、縮退運転での退避場所までの走行途中で、舵角の制限により走行不能となる不具合を防ぐ効果を得る事が可能である。

また、本発明によれば、車両の現在位置から到達可能な退避場所がない、或いは退避場所までの距離が非常に長く、到達までの時間がかかりすぎるといった不具合が生じたようなケースでも、部分的に道幅が広いような場所に退避の為のリンクを臨時で設定し、これを目的地とすることにより、車両を素早く退避させる事が可能となり、全体の運行効率の低下を防ぐ効果を得る事が出来る。また、搬送路が長い場合には、方々に退避場所を設定することで地図データのサイズが増大し、地図データの更新等に係る通信負荷を増大させてしまうが、本発明ではこのような不具合を防ぐ効果が得られる。

また、本発明によれば、センサ性能の低下を予め予想して整備を実施する事が可能となる為、粉塵等の累積等で次第に汚れて性能が低下するような場合、センサの汚れ等で停止、あるいは縮退運転を行う状況に至る事を防ぐ事が出来、全体の運行効率を上げる効果を得られる。

第一実施例のシステム構成図である。 第一実施例の処理の流れを示したフローチャートである。 第二実施例の閉塞制御の説明図である。 第二実施例の車両側センサの配置図である。 第二実施例の車両側システム構成図である。 第二実施例のセンタ側システム構成図である。 第二実施例の車両側フローチャートである。 第二実施例のセンタ側フローチャートである。 縮退運行解除のセンタ側フローチャートである。 センサの性能低下評価値算出方法である。 センサ性能低下時の動作決定ルールである。 センサ性能低下予想による整備要求判別説明図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。

はじめに、第一実施例について説明する。本実施例は、複数のセンサを備えて障害物や走行路面を検出しながら自律走行車両に、センサの汚れや故障の状態を評価し、評価値が所定の値となった時点で、現在位置に停止した場合の他車の運行に与える影響度を評価し、影響が大きいと判断された場合には、速度や舵角を制限した縮退モードによる運転を行って、停車の影響が小さい退避場所までの移動を可能にするものである。

図１に第一実施例のシステム構成図を示す。図１に示した構成の自律走行車両は、地図情報記憶手段１１２の地図情報をもとに、自車位置検出手段１１０で求めた自車位置、及び目的地までの経路情報に基づいて自律的に走行を行う為、速度・舵角制御値演算手段１０８で速度やハンドル舵角の指令値を求めている。走行制御手段１０９はこれらの指令値を元に、走行手段１１３を動作させて走行する。

図１に示したシステム構成では、障害物等を検出する為のセンサとして、センサ１(１０１)、センサ２(１０２)の２つが設けられており、それぞれのセンサの出力から障害物を検出する目的でセンサ１障害物検出手段１０４、センサ２障害物検出手段１０６が設けられている。速度・舵角制御値演算手段１０８にはこれらで検出された障害物の情報が入力されており、障害物等が検出され衝突の危険性がある場合には、衝突を回避するような速度や舵角の値を算出して、走行制御手段１０９に送ることで、検出した障害物との衝突を回避し、安全な自律走行を実現している。

センサ１(１０１)及びセンサ２(１０２)として、カメラを用いた画像認識やレーザ、ミリ波を利用したセンサが用いられる。これらのセンサは走行に伴って汚れの付着や故障、直射光の入射等様々な要因によって性能が低下する事があり、特に過酷な環境で使用される鉱山ダンプの場合は、その影響が顕著である。センサの性能が低下した場合、障害物が検出出来なくなったり、或いは誤検知により誤った個所で減速をしてしまうなどの不具合が発生する。これらの不具合は、無人の自律走行を行う鉱山ダンプにおいては直接事故につながる重要な問題である為、予めセンサの状態を検出し、不具合を検出した場合には自律走行を停止するなどの対応策が不可欠である。

ところで、上述のように鉱山の搬送路は距離が長く、ダンプが往復するのに必要十分な道幅しか整備されていない箇所が多い。この為、センサ性能の低下により走行を停止した場合、当該車両の運行のみならず後続の車両全体が走行出来なくなる事象が発生し、運搬が全面的に停止してしまう可能性がある。鉱山では運搬の停止から生産全体が滞り、非常に大きな損害となる。そこで、本発明による第一の実施例では、いずれかのセンサに不具合が発生し、障害物等の検出性能が低下した場合でも、搬送路を塞いで他の車両の運行の妨げとならないよう、センサの不具合に関する状態を評価して不具合の程度を出力するセンサ１状態評価手段１０３及びセンサ２状態評価手段１０５と、これらの評価手段の結果から、その時点で有効なセンサの能力を判別し、残存する能力の範囲内で安全に走行可能な速度や舵角の制限値を設定する速度・舵角制限値設定手段１０７と、現在位置と地図情報とから現在位置に停止した場合の、後続車両への影響を評価する運行障害評価手段１１１を設けた構成とした。センサ１状態評価手段１０３やセンサ２状態評価手段１０５では、画像や検出点群等を解析して、センサへの汚れの付着や故障に関する評価値を算出する。この値はセンサ毎に算出され、速度・舵角制限値設定手段１０７ではこの値の組み合わせに応じて、センサの不具合状態を検出すると共に、不具合状態に対応した速度や舵角の制限値を求める。

運行障害評価手段１１１では、地図情報と現在位置とから、例えば道幅や路肩の状態などの情報を検索し、現在位置で停止した場合の後続車の追い越しのしやすさといった観点で評価値を求め、この値が所定の値以上、すなわち現在地で停止をした場合運行に多大な悪影響があると判断される場合には、上述の速度や舵角の制限値の範囲内で、速度や舵角の制御値を求めて、走行を継続する。これは通常走行可能な状態と比較してセンサの性能低下分安全マージンを大きく取った走行状態であり、以下この状態を縮退運転と称する。

一方、例えば道幅が十分に広く、現在地で停止していても後続車が自車を容易に追い越す事が可能であるような場合は、縮退運転を行わず、その場で停止する。

また、縮退運転により走行を継続している最中にも、運行障害評価手段１１１による評価は定期的に行い、その評価値が所定の値を下回った位置で走行を停止する。

次に、図２に示した第一実施例のフローチャートにおいて、処理内容を説明する。初めにセンサの性能低下の評価は、定期的に行う必要がある為、ステップＳ２０1に示すようにタイマ割り込みにより処理を起動する。続くステップＳ２０２でセンサ１(１０１)、及びセンサ２(１０２)のセンサ性能の低下状態を評価する。評価値はセンサ毎にそれぞれ求めるものとし、求め方は後述する図１０に示した例で説明する。ステップＳ２０３では得られた評価値から現在のセンサの状態で正常に障害物等を検出して自律走行が可能か否かを判断する。センサが複数ある場合、それぞれ異なった特性から障害物を検出する事が出来る為、図２に示した例では評価値の合計を求め、合計値が予め設定した閾値を超えた場合、すなわち２つのセンサの不具合の度合いを示す値の合計が設定値よりも大きくなった場合に、外界認識センサに不具合が発生したものとして、ステップＳ２０４に進むようにした。一方、ステップＳ２０３で値が閾値以下の場合は、不具合の程度は軽いとして、ステップＳ２０９処理終了へ進む。

ステップＳ２０４は、図１の運行障害評価手段１１１における処理であり、上述したように現在地で停止した場合の、後続車の運行へ与える影響の評価値を求める処理である。以下、図１で説明した処理と同様に進み、ステップＳ２０4で求めた評価値が閾値以上であるかをステップＳ２０５で判別し、閾値以上、すなわち現在地での停止により後続車の運行に支障がでる場合はステップＳ２０６で速度・舵角の制限値を設定し、縮退運転で走行を継続する。また、ステップＳ２０５で評価値が閾値以下であった場合には、現在地に停止しても後続車への影響が少ないと判断され、ステップＳ２０８で速度、及び舵角の制限値を「0」、すなわち停止状態に設定して処理を終了する（Ｓ２０９）。

なお、縮退運転で走行中であっても、ステップＳ２０１のタイマ割り込みにより本処理は定期的に実行され、センサの状態が回復し、センサ状態の評価値が小さな値となったり、或いは、道幅の広い場所に移動するなどしてステップＳ２０５で運行障害評価値が閾値以下となった時点で、走行を停止し、処理を終了する（Ｓ２０９）。

次に、第二実施例について説明する。本実施例は、閉塞制御により安全性を高めた管制下で、複数の車両の自律走行を行う自律走行システムであり、各車両は複数のセンサを備えて障害物や走行路面を検出しながら、複数の車両を衝突などの事故を回避できるものである。本実施例では閉塞区間内でセンサの性能低下が検出された場合でも、閉塞区間内に停止せず、安全に閉塞区間外まで走行を続け、そこで停止するような構成となっている。この為、センサの汚れや故障の状態を評価し、評価値が所定の条件となった時点で、自車の現在位置が閉塞区間内であるか否かを判別し、閉塞区間内である場合には前記評価値に基づいてセンサの検出能力に応じた速度・舵角の制限を行う縮退運転に切り替え、安全に閉塞区間外まで走行を行った後停止するものである。

図３は、第二実施例の閉塞区間による搬送路の状態を示した説明図である。図示したように、鉱山の作業場においては、土砂や鉱物を採掘し、ダンプに積み込む為の積み込みエリア１(３０１)、積み込みエリア２(３０２)や、積んだ土砂を降ろし、それらの土砂を処理する施設を備えた放土エリア３０４、未使用や整備中の車両を駐車しておく駐機エリア３０３等のエリアが、距離を隔てて設けられており、自律走行ダンプはこれらのエリア間を行き来して、土砂や鉱物を運搬する。

第二実施例の自律走行システムでは、管制センタが各自律走行車両の走行経路や速度を管理し、安全に走行を行わせる構成となっている。鉱山ダンプはサイズが巨大で、積載量も極めて大きく、積載時の重量は200トンを超える極めて大型の車両である為、制動や操舵においても急な動作が難しい。このような大型の車両を安全に運行させる仕組みとして、鉄道の分野では閉塞制御が行われてきた。すなわち走行レーンを適切な長さの区間に分割し、それぞれの区間を、一区間に一両の車両のみが進入を許される閉塞区間として制御を行う事で、安全性を確実に高めるものである。

図３に示した例では、各区間を、進行方向の情報を持つリンクとして表現している。このうち、実線矢印で示したリンク（Ｌ０１、Ｌ０２など）が前記閉塞区間を表し、点線矢印で示したリンクは閉塞以外の区間を表している。

駐機エリア３０３にある点線矢印のリンクＬ２０、Ｌ２１、Ｌ２２は駐車・整備を行う為に車両を止めておく区間で、ここに車両が停止していても、他の区間を走行してこのエリアを通過する事が可能となっている。また積み込みエリア１ ３０１、積み込みエリア２ ３０２、放土エリア３０４にも点線矢印で示した区間Ｌ４０、Ｌ５３、Ｌ０９があり、例えばＬ４０に車両が停止した場合でもＬ３７、Ｌ３８の閉塞区間を通って、他の車両が運行を続ける事が可能である。

また、搬送路の途中に路幅の広い部分があり、この部分に退避の為の区間Ｌ３１、Ｌ６４を設置している。

図４は第二実施例の車両におけるセンサの配置を示した図である。図４に示した例では、外界認識の為のセンサとして、車体正面にステレオカメラ４０１、及びLIDAR（Light Detection And Ranging）４０２を設置し、また側方障害物検知用として、左右にミリ波レーダ４０３を設けている。図中にステレオカメラ４０１、LIDAR４０２、ミリ波レーダ４０３による障害物の検知可能エリアを、それぞれグレーで示したエリア４０８、４０９、４１０として図示した。ステレオカメラ４０１は２台のカメラ画像から、物体までの距離を測定可能な上、画像上の障害物の識別まで可能な極めて有用なセンサの一つであり、検知エリアが広い特徴がある。ＬＩＤＡＲ４０２の検知エリア４０９はスキャン角度によりまちまちであるが、検知距離が比較的長い。ただし、得られる情報は空間的に離散的な位置のものとなる。また前方側方検知用にミリ波レーダ４０３を斜め方向に設置し、その検知エリア４１０は前側方となっていることが分かる。

さらに図4の自律走行車両では、自車の現在地を測位する為のＧＰＳ４０４、ステレオカメラ４０１やLIDARが粉塵や泥等で汚れた場合にレンズ面をクリーニングするクリーニング手段４０５を設けた構成となっている。

センサ性能低下表示手段４０６は、例えばダンプベッセルの上部に取り付けられた非常灯のようなもので、センサ性能低下により縮退運転を行う場合に当該表示手段から表示を行う事で、有人で走行する車両からの不具合のある車両を見つけやすくするという効果を持つ。

図５は第二実施例の車両側システム構成図である。

速度・舵角制御値演算手段１０８、走行制御手段１０９、走行手段１１３については、図１で示した第一実施例のものと同様である。本実施例では、外界認識の為のセンサーとして、図４でも説明したステレオカメラ４０１、LIDAR４０２、ミリ波レーダ４０３を設け、これらから障害物等を検出する手段として、それぞれ障害物検出手段１(５０３)、障害物検出手段２(５０５)、障害物検出手段３(５０７)を設けた。また、汚れの付着や故障によるセンサの性能低下を評価する手段として、それぞれ、カメラ状態評価手段５０２、ＬＩＤＡＲ状態評価手段５０４、ミリ波レーダ状態評価手段５０６を設けており、各センサの汚れ等に関する状態の評価値を求める。また自車の現在位置を求める為にＧＰＳ４０４、及び自律航法ユニット５０１を備えている。ＧＰＳ状態評価手段５０８は、ＧＰＳの衛星配置や電波の受信状態等を評価して、ＧＰＳによる絶対位置の測位結果の信頼性を評価値として得るようになっている。

ルール実行手段５１０は、前記カメラ状態評価手段５０２、ＬＩＤＡＲ状態評価手段５０４、ミリ波レーダ状態評価手段５０６、及びＧＰＳ状態評価手段５０８で得られた評価値を入力として、ルール記憶手段５１１に記憶されたルールに従って実施する動作を決定し、実施する。この際の動作として、センサのクリーニング、速度、及び舵角の制限値設定による縮退運転の設定、管制センタへの通知などの処理があげられる。また、通信手段５１３は管制センタ５１５から、地図情報、走行する経路情報等を受信し、また管制センタにセンサ性能低下の通知、現在位置の送信などを行う際に用いるものである。ルール実行手段５１０に記憶されるルールについては、後述の図１１で説明する。

図６は第二実施例のセンタ側システム構成図である。

通信手段６０１は、管制対象の自律走行車両に地図情報や走行経路、ルール記憶手段５１１に格納するルール等を送信する際に使われる。運行管理手段６０５は自律走行車両の現在位置や地図情報を使って、自律走行車両の管制を行う機能を備えたもので、車両運行状況記憶手段６０３に記憶された各車両の位置や運行状況や、地図情報記憶手段６０８に記憶された地図情報を読み出して、運行管理の為の指示情報を生成する。

車両運行状況更新手段６０２は通信手段６０１を介して受信した、各車両の現在位置、或いは現在走行中の閉塞区間の情報を、車両運行状況記憶手段に書き込み、更新する。また地図更新手段６０７は、搬送路の形状や、積み込み、放土エリアの位置が変わった際に地図を更新する他、管制下の自律走行車両にセンサの性能低下が検出され、その退避の為の適切な退避場所が見つからない場合など、臨時に退避区間を設定するなどの目的の為に地図を更新する動作も行う。目的地設定手段６０４は、積み込みや放土の完了など通常運行におけるイベント発生時や、自律走行車両のセンサ性能低下検出時などに目的地を再度設定する。

閉塞区間判別手段６０６は、自律走行車両のセンサ性能低下検出時に、当該車両の現在位置が閉塞区間内であるかを判別する。センサ性能低下検出時、この閉塞区間判別手段６０６で現在位置が閉塞区間内であると判断された場合は、目的地設定手段６０４で当該車両の退避場所を検索して、目的地として設定する。

本実施例では、閉塞区間判別手段６０６をセンタ側に設ける形態としたが、これを自律走行車両側に設け、地図情報の各区間が閉塞区間か非閉塞区間かを識別可能とする事で車両側で判断を行う事も可能である。

ルール生成手段６０９は、自律走行車両のセンサ性能低下を検知した際に、ルール実行手段５１０で実行する動作を規定するルールを作成する機能を持つ。センサ性能低下時の運行効率と安全性を高いレベルで両立させる為、このルールは天候や採掘鉱物、走行路の形状や状態等で最適なものとなるよう、更新し、車両に配信する。本実施例では、ルール作成に用いる天気や採掘鉱物、走行路の形状や状態等の情報は、地図情報の一部として地図情報記憶手段６０８に格納するようにした。

図７は第二実施例の車両側での処理の流れを示すフローチャートである。センサ性能低下の検出処理は定期的に実施する必要がある為、ステップ７０１のタイマ割り込みにより処理を開始する。次いで、ステップＳ７０２で処理の初期化を行いクリーニングやセンタ通知の為のフラグを下ろしておく。次のステップＳ７０３では各センサのセンサ状態評価手段でセンサの性能低下の評価値を求める。次のステップＳ７０４でステップＳ７０３で求めた評価値からセンサ性能低下を判別し、センサ性能低下が検出された場合には次のステップＳ７０５に進む。既に縮退運転モードで走行中である場合には、ステップＳ７０４で通常のセンサの性能低下の検出を行うのではなく、より評価値の高い、停止モードへの移行についてのみチェックを行う。

一方、ステップＳ７０４でセンサ性能低下が検出されなかった場合は、ステップＳ７１７に進み、処理終了となる。ステップＳ７０５に進んだ場合は、ステップＳ７０３で取得した各センサ状態の評価値に基づいて、行う動作を選択して対応する処理ステップに進む。

評価値が比較的小さい場合、すなわちセンサの汚れや不具合が少ない場合は、ステップＳ７０６のクリーニング動作を実施する。油汚れであったり、レンズ割れ、直射光の入射等クリーニングによる効果が得られない場合は、評価値がさらに大きくなっていき、縮退運転モードとなり、ステップＳ７０８で、図４に示したセンサ性能低下表示４０６から表示を行い、有人走行車両に対する安全確保を行う。その後、ステップＳ７０９でセンサ性能低下の検出をセンタに通知し、センタ側で現在位置が閉塞区間内であるか否かを判別して閉塞区間内の場合には、退避の為の経路情報が送信されてくるようになっている。

ここで、センサ性能低下の検出通知とともに、センタ側にセンサ状態評価の評価値、或いは縮退モードで設定された舵角の制限値を送信することで、センタ側では、制限された舵角の範囲内で到達可能な退避場所を検索する事が可能となり、舵角制限が原因で、指示された退避場所に到達出来ないと言った不具合を避けられるという効果が得られる。

次にステップＳ７１０に進んで管制センタ側からの指示及び更新された地図情報を受信する。ここで、管制センタからの指示とは、縮退運転モードでの走行指示、或いは現在位置での停止指示の何れかを示す。

自律走行車両側では、次のステップＳ７１１で新しく受信した退避用の目的地を設定し、ステップＳ７１２で縮退運転モードによる走行を行う。ステップＳ７１３では目的地に到達、すなわち現在地が設定された目的地であるか否かを判別し、目的地に到達した場合にはステップＳ７１５で車両に運転停止の指示を行い、完全に停止後、ステップＳ７１６でセンターへ停止完了通知を行ってから、ステップＳ７１７処理終了へ進む。

図８は第二実施例のセンタ側での処理の流れを示すフローチャートである。センター側での処理は、車両側において、センサの性能低下が検出されたときのみ実行すれば良いので、ステップＳ８０１センサ性能低下信号受信時に起動される。続くステップＳ８０２で地図情報を、ステップＳ８０３で車両運行状況を読み出し、次のステップＳ８０４で、当該車両の現在位置が閉塞区間内であるか否かを判別する。閉塞区間である場合には、ステップＳ８０５へ進み、当該車両が到達可能な退避場所の検索を行う。

このような検索は当該車両の現在位置の区間からダイクストラ法等を用いて探索の枝を伸ばし、伸ばした枝が非閉塞区間となるまで処理を繰り返せば良い。

ステップ８０６で到達可能な退避場所が見つかった場合には、ステップＳ８０７で当該車両に対して退避先の目的地情報を送信する。その後ステップＳ８０８で縮退運転モードでの走行指示を送信し、ステップＳ８１２に進む。ステップＳ８１２は本発明の効果を得る為に不可欠なものではないが、当該車両が縮退運転で走行、或いは停止する際に、他の走行車両に縮退運転への切り替え指示を送信し、全車両に速度制限を設定する事で、センサ性能低下時の安全性を一層高める事ができる。この際の速度の制限値はセンサの状態とは無関係であり、一律に区間制限速度の0.5倍というように設定すれば良い。

ステップＳ８０６で到達可能な退避場所が見つからなかった場合は、ステップＳ８０９に進んで搬送路の形状等を調査し、新たに退避区間として設定可能な場所を検索する。ステップＳ８０９で新たな退避区間が設定出来た場合には、地図情報を更新し、ステップＳ８０５に戻って当該車両が到達可能な目的地の検索を行う。

一方ステップＳ８０４で現在位置が閉塞区間外であるか、或いはステップＳ８０９で臨時の退避区間が設定出来なかった場合には、車両は現在地で停止する必要がある為、ステップＳ８１１に進み当該車両に停止指示を送信してから、ステップＳ８１３に進んで、処理を終了する。

図９は第二実施例のセンタ側での縮退運転解除処理の流れを示すフローチャートである。
本処理は、当該車両が退避先の目的地に到達し、図７に示したステップＳ７１６において送信されたセンサ停止完了通知を管制センタ側で受信するステップＳ９０１から開始され、次のステップＳ９０２で車両運行状況を更新し、当該車両の安全な停止状態が確認された状態となってからステップＳ９０３の他車両に縮退運転モード解除指示を送信し、ステップＳ９０４で処理を終了する。

図１０に第二実施例のセンサの性能低下評価値算出方法を示す。図にはセンサの例としてステレオカメラの性能低下評価値を求める場合を挙げた。評価値算出の際には、図に示すように検出に利用可能な有効エリア１００１を縦、横にそれぞれ５分割し、全体で２５の領域に分割して評価を行っている。なお説明の為、分割したそれぞれの領域に右上Ｅ１１〜左下Ｅ５５まで領域名を割り振った。

各領域には図に示したように１０〜８０の値の重み値が与えられている。本実施例では下記の式により評価値を算出するものとした。

評価値＝（無効画素数÷分割エリアの画素数）×領域の重み値・・・(数式１)
＋全体の汚れ率×100 ・・・(数式２)

上記式の内(数式１)の項は、各領域における無効画素の割合に、領域毎の重み値を掛け合わせた値である。無効画素とはセンサへの泥や雪などの付着により、画素の部分が見えない、或いは当該画素の出力値が変化しない画素であると定義した。(数式１)の項では無効画素の割合に領域毎の重み値を掛け合わせる事で、障害物検出への影響が少ない領域の汚れについては小さく、影響の大きい領域の汚れについては大きく評価するようにした。
例えば図中Ｅ３２の領域は主に走行路面が位置する領域であり、車両や一般的な障害物はこれらの領域に位置する可能性が高い。従ってこの領域についた泥汚れ１００３によるセンサ性能の低下は大きなものであると考えられ、重み値を８０と大きくとっている。一方領域Ｅ１１については遠景や空などが位置する可能性が高く、障害物検知の上での重要性は低い。従ってこの領域に付着した汚れ１００２は領域内の画素数の割合に対して低く評価されても良いと考え、この領域の重み値を１０と小さく設定している。

またＥ５１〜Ｅ５５の領域は路面領域であるが、近距離で検出対象の障害物が大きく写る点や、高さのある障害物は上部のＥ４１〜Ｅ４５の領域にもかかると思われる為重み値を低く設定した。

上記式における項目(数式2)では、画面全体の汚れ率に重みをかけて算出し、こちらは画面全体で均一な評価を行うものである。

図１１はセンサ性能低下時の動作ルールを示したものである。図中項目として、センサの種類１１０１、評価値の範囲１１０２、動作モード１１０３、速度制限１１０４、舵角制限１１０５、クリーニング動作１１０６、センタ通知１１０７の各項目が記載されている。このうちセンサ種類１１０１は評価対象のセンサの名称を示したもので、動作とは無関係である。評価値の範囲１１０２は、センサ状態評価手段において求めた各センサ毎の評価値の範囲によって区分し、範囲毎に行う動作や値を設定している。

動作モード１１０３〜センタ通知１１０７までの項目は動作の指定を示しており、そのうち動作モード１１０３は動作の種類を示している。動作モード１１０３に示されたものの内、「通常運転」は通常の状態での走行継続を意味し、「クリーニング」はクリーニング動作を行う事を意味している。クリーニング動作を行う以外の点では通常運転と同様である。また「縮退運転」は速度、或いは舵角の制限値を設定し、制限値の範囲内で走行を続行する事を意味している。

速度制限１１０４には縮退運転での速度制限の値が記述されている。速度制限を行わない場合は「無し」、速度制限を行って縮退運転で走行する場合には速度制限値の倍率を格納している。この場合、速度制限値は、走行区間の速度制限値×倍率で算出し、例えば50km/hの制限速度区間で×0.6の縮退運転を行う場合には、速度制限値は50×0.6＝30 km/hとなる。また、舵角制限１１０５には操舵可能な最大角度が示されており、舵角制限の値が２０度の場合は、縮退運転時に左右２０度までの舵角に制限することを意味している。

クリーニング作動１１０６、及びセンタ通知１１０７の値はフラグであり、フラグが１の場合には該当する動作を一回行う事を意味している。例えば、クリーニング作動のフラグが１となっているケースではクリーニングを1回実施する。センタ通知１１０７は縮退運転への切り替え時、及び運転停止時にフラグがセットされ、これらの状態になった事をセンタに通知する。

ＧＰＳに関する動作設定として、評価値が10以下、すなわち極めて安定した状態である時に限り動作モードを「運転停止モード時徐行許可」としている。これは外界認識センサの評価値の合計１１１１の値が200以上となり、汚れや不具合がひどく走行不能状態であるにも関わらず、ＧＰＳによる位置検出が安定して行われている事を考慮して、徐行での走行を許可するものである。本実施例では、この際の走行速度制限を、走行区間に関わらず50km/h、ハンドル舵角の制限値を15度とした。

図１２は、センサ性能低下予想による整備要求判別説明図である。図において、項目１〜３の最大値、すなわちステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、ミリ波レーダの評価値の内、最も大きい値を一定時間おきに記録し、その値の変化１２０１から近似曲線等を用いて現在時刻以降の評価値の変化１２０２を予想する。この動作を例えばダンプが放土を完了したタイミングや、積み込みが完了したタイミングなど、閉塞区間での走行中以外の適切なタイミングで実施するものとする。

一方で、放土から放土１２０５の時間間隔を記憶しておくか、或いは管制からの経路情報に基づいて次の目的地に至るまでの時間を推定し、前記の予想値の変化と次回のタイミング１２０６の推定時刻とから、次回のタイミング１２０６での最大値を推定する。

このように、作業の区切り時点で、次回の区切り時刻における評価値を予想しておき、この値が整備要求閾値１２０３を超えた場合には、図１１の項目１１１２に示したルールに従って、管制センタに整備要求を送信するようにした。管制センタ側では、整備要求を受信すると、当該車両の目的地を整備可能な地点に変更し走行させる。

このような仕組みを実装することで、センサが汚れ等により性能低下が発生し、運転停止あるいは縮退運転での走行となる手前で食い止める事が可能となり、ひいては、全体の運行効率の向上を図る事ができる。

101 センサ１
102 センサ２
103 センサ１状態評価手段
104 センサ１障害物検出手段
105 センサ２状態評価手段
106 センサ２障害物検出手段
107 速度・舵角制限値設定手段
108 速度・舵角制御値演算手段
109 走行制御手段
110 自車位置検出手段
111 運行障害評価手段
112 地図情報記憶手段
113 走行手段
401 ステレオカメラ
402 LIDAR
403 ミリ波レーダ
404 GPS
405 センサクリーニング手段
406 センサ性能低下表示手段
407 自律走行車両
515 管制センタ

Claims (13)

1. 外界認識センサにより自律走行する自律走行車両において、
   前記車両に走行路の地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
   センサの性能低下の状態を評価するセンサ状態評価手段と、
   前記車両の現在位置と前記地図情報とから、その位置に停止した場合の他車の運行への影響を評価する運行障害評価手段と、
   前記センサ状態評価手段の評価結果に応じて、前記車両が走行する際の速度の制限値を設定する速度制限値設定手段とを備え、
   前記センサ状態評価手段の評価結果が第一の範囲となった場合、前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲外である場合には前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、速度制限値を設定した上で制限値の範囲内で走行を継続することを特徴とする自律走行車両。
2. 請求項1の自律走行車両において、
   前記速度制限値設定手段は、舵角の制御を行い、
   前記センサ状態評価手段の評価結果が第一の範囲となった場合、前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲外である場合には前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、舵角制限値を設定した上で制限値の範囲内で走行を継続することを特徴とする自律走行車両。
3. 請求項1、又は請求項２の自律走行車両において、
   前記運行障害評価手段の評価結果が第二の範囲となった場合に、停止することを特徴とする自律走行車両。
4. 請求項1の自律走行車両において、
   前記センサの検出エリアを複数に分割してそれぞれに重みを設定し、エリア毎にセンサの汚れ、或いは不具合の程度による評価値を求め、当該評価値に、前記エリアに応じた重みづけを行って得られた値を合計した値を用いて、前記センサ状態評価手段における評価結果を得るようにしたことを特徴とする自律走行車両。
5. 請求項２の自律走行車両において、
   前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、設定された舵角の制限値を用いて、閉塞区間外である目的地に移動することを特徴とする自律走行車両。
6. 請求項１の自律走行車両において、
   前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした状態の場合に、この状態を外部の管制センタに通知し、該管制センタから送信された目的地までの経路情報を受信することを特徴とする自律走行車両。
7. 閉塞制御による管制を行って、センサにより自律走行する複数の自律走行車両を運行する自律走行システムにおいて、
   前記車両にセンサの性能低下の状態を検知するセンサ状態評価手段と、
   前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて、車両で行う動作を規定したルールを記憶するルール記憶手段と、
   センサ状態評価手段の結果に応じて前記ルールに従った動作を行うルール実行手段とを備え、
   前記車両或いは管制センタに、
   地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
   自車の位置情報に基づいて、自車の現在位置が閉塞区間内であるか否かを判断する閉塞区間判別手段と、
   前記ルール記憶手段のルールに、少なくとも前記センサ状態評価手段の評価結果に基づいて速度の制限値を設定する動作を設け、
   前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、自車の現在位置が前記閉塞区間内である場合には前記ルールに設定された速度の制限値を設定し、閉塞区間外まで前記設定した速度範囲内で走行することを特徴とする自律走行システム。
8. 請求項７の自律走行システムにおいて、
   前記管制センタに前期ルールを生成するルール生成手段を設け、
   該ルール生成手段で生成したルールを、前記管制センタから自律走行車両に送信して利用することを特徴とする自律走行システム。
9. 請求項７の自律走行システムにおいて、
   前記センサの検出エリアを複数に分割してそれぞれに重みを設定し、エリア毎にセンサの汚れ、或いは不具合の程度による評価値を求め、当該評価値に、前記エリアに応じた重みづけを行って得られた値を合計した値を用いて、前記センサ状態評価手段における評価結果を得るようにしたことを特徴とする自律走行車両システム。
10. 請求項７の自律走行システムにおいて、
    前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした場合に、前記管制センタに通知し、該管制センタは、閉塞区間外にある目的地を検索し、当該目的地までの経路情報を車両に送信することを特徴とする自律走行システム。
11. 請求項７の自律走行システムにおいて、
    前記センサ状態評価手段の評価結果が所定の条件を満たした際に、前記ルール実行手段で設定された舵角の制限値を用いて、閉塞区間外である目的地に走行することを特徴とする自律走行システム。
12. 請求項７の自律走行システムにおいて、
    前記管制センタにおいて目的地を選択する場合に、地図情報から適切な場所を選択し、閉塞区間ではない区間を新たに設置して地図情報を更新し、当該区間内の目的地までの経路情報を車両に送信することを特徴とする自律走行システム。
13. 請求項７の自律走行システムにおいて、
    前記センサ状態評価手段で評価した値の履歴を所定の間隔で記憶するセンサ状態記憶手段を設け、所定のタイミングで、前記管制センタから送信された経路情報に基づいて次の区切りの時刻を予測し、前記評価した値の履歴から、前記区切りの時刻における評価値を推定し、当該推定値が予め設定された範囲を超える場合には、前記管制センタに整備要求を送信し、前記管制センタは、整備可能な位置への経路情報を車両に送信することを特徴とする自律走行システム。

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