JP6840024B2 - オフロード車両及び地面管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、道路から外れた地面を走行するオフロード車両、及びこのオフロード車両を用いた地面管理システムに関する。
特許文献1には、道路の走行面の状態を検出する路面状態検出装置が開示されている。
この路面状態検出装置は、車両の車輪と一体となって回転して自身に作用する加速度を検出する加速度センサと、この加速度センサによって検出された加速度検出値から路面状態を推定する路面状態推定部と、車両の位置を検出するGPS装置と、路面状態推定部によって推定された路面状態推定情報及びGPS装置によって検出された前記車両の位置情報を、ネットワーク接続されたサーバに送信する送信機と、サーバから送信される路面状態の情報を受信する受信機とを備えている。車両が道路上を走行すると、路面状態検出装置は、加速度センサの検出値から路面状態を推定し、路面状態推定情報と車両の位置情報とを送信機からサーバに送信する。このため、サーバには、複数の車両から送られた路面状態に関する情報が蓄積されているので、サーバに蓄積された路面状態に関する情報を受信機によって受信すれば、これから走行することになる路面の状態を走行前に取得し、その路面状態に対処する運転が可能となる。さらに、加速度検出値だけでなく、カメラによって取得された路面画像を用いて亀裂等の路面状態を推定することも提案されている。
特許文献2には、道路上における車両の衝突を容易に回避できる安全走行システムが開示されている。この安全走行システムでは、路面データ送信手段から送信された路面データと自車速度および直前車両の速度に基づいて、自車および直前車両の制動距離が算出され、算出された自車の制動距離と直前車両の制動距離に基づいて、直前車両が制動操作した時に、自車が直前車両に衝突せずに停止するための自車と直前車両との間の安全車間距離が算出され、算出された安全車間距離と実際の車間距離に基づいてブレーキ手段が作動する。これにより、受信した路面データに基づき、自車と直前車両との間に安全な車間距離を形成することができる。路面性状を検出する手段としては、種々の方法がある。例えば、カメラにより路面を撮影し路面からの反射光を分光分析して、路面上にある物質とその状態を分析することが提案されている。
特許文献3には、路面状態および気象情報に関する情報を道路走行中の運転者に提供する情報システムが開示されている。この情報システムは、車載システムと、センター側情報処理システムとから構成されている。車載システムは、車両の走行路面に対する車両の駆動輪の空転が発生したときにその空転を解消するように駆動輪の回転駆動力を調整する装置が動作することによって車両がスリップしたことを検出することによりスリップに関する情報を検出するスリップ情報検出手段と、車両の位置に関する位置情報を検出する車両位置検出手段と、車両の走行路面における気象情報を検出する気象情報検出手段と、スリップ検出手段が前記車両のスリップを検出した場合に、スリップ検出手段で検出された車両のスリップに係るスリップ検出情報と、車両位置検出手段で検出された車両の位置情報と、気象情報取得手段で検出した気象情報とを、センター側情報処理システムに送信する通信送信手段とを備えている。車両のスリップ検出情報と車両の位置情報と気象情報とを受信する情報受信手段と、車両から受信した車両のスリップ検出情報と車両の位置情報と気象情報とに基づいて、路面状態および気象情報に関する情報を作成する情報作成手段とを備えている。道路走行中の運転者は、センター側情報処理システムから送信される路面状態および気象情報に関する情報を表示器を用いて確認することができる。
特開2015−229433号公報 特開2009−090718号公報 特開2011−146065号公報
上述した3つの特許文献による路面状態を確認するシステムは、いずれも道路を対象としている。道路は、定期的に整備されており、確認すべき路面状態も路面における微細な凹凸、ひび割れ、凍結、濡れが主である。路面に生じている大きなくぼみや、路面に突き出した岩、路面から生えた大木などは検出対象ではない。ところが、道路からはずれた荒地、つまりオフロードを走行するオフロード車両では、道路上にはあらわれない凹凸や障害物が数多く存在する。さらに、オフロード車両では、大きな岩石や窪みを走行する競技もあり、その競技練習のためには、大きな岩石や窪みを探しながら走行する必要も生じる。このようなオフロード車両では、道路を対象とした従来の路面状態を確認するシステムを採用することができない。
このような実情に鑑み、地面状態を確認しながらオフロード(道路から外れた地面)を走行するオフロード車両、及びこのオフロード車両を用いた地面管理システムが要望されている。
本発明による、道路から外れた地面を走行するオフロード車両は、測位データを出力する衛星測位モジュールと、前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、前記地面の凹凸を検出するセンサ群と、前記地面の凹凸を撮影する撮影カメラと、入力パラメータに基づいて前記地面の凹凸度を示す地面凹凸度を算出する地面凹凸度算出部と、前記センサ群からの検出データと前記撮影カメラからの画像データとから、オフロードの地面状態に応じて選ばれたデータを前記入力パラメータとして設定する入力パラメータ設定部と、前記自車位置と前記地面凹凸度とを関係付けて地面凹凸位置データを生成する凹凸位置データ生成部と、前記地面凹凸位置データを格納するデータ格納部とを備えている。
この構成によれば、オフロード車両は、地面の凹凸を検出するセンサ群からの検出データや前記撮影カメラからの画像データのうちで、地面の状況に適合するデータを選択し、当該データを入力パラメータとして、あるいは、地面の状況に合わせて重み付けされた複数のデータを入力パラメータとして、地面凹凸度を示す地面凹凸度を算出する。オフロードの地面状態は、道路の路面状態とは異なり、様々であるので、走行しようとするオフロードに応じて適切なデータを入力パラメータとして選択できることが重要である。算出された地面凹凸度は、その地面凹凸度が検出された地点での自車位置と関係付けることで、走行位置毎の地面凹凸度を示す地面凹凸位置データとなる。この地面凹凸位置データを格納していくことで、オフロード車両の走行軌跡に沿った地面凹凸度の分布を確認するためのデータが蓄積され、次回の走行に利用することができる。また、極めて危険性の高い窪みや障害物が検出された場合は、その位置とともにその地面状況を報知することも可能である。
走行障害物も含めた地面凹凸度の算出に適切なデータは、オフロードの地面状態によって異なる。例えば、車両が跨ぐことができる窪みや岩などが分布している地面では、車両と地面との間の距離を検出するようなセンサが適しており、車両が登坂していくような岩場が分布している地面では、傾斜センサや加速度センサが適しており、樹木や岩石などの走行障害物などが分布している地面では、撮影カメラが適している。したがって、本発明の好適な実施形態では、前記センサ群には、近接センサ、加速度センサ、傾斜センサの少なくとも1つが含まれている。
樹木や岩石などの走行障害物は、迂回しなければならないので、その検出に対して、近接センサや加速度センサや傾斜センサの利用が困難である。しかしながら、乗り越えられないような樹木や岩石などの走行障害物は、画像データの画像処理によって、比較的簡単かつ高速に検出可能である。また、地面の単純な凹凸も、その状態によっては、撮影カメラによって生成された画像データの画像処理によって、良好に検出することができ、その地面凹凸度を算出することができる。このことから、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記画像データから、地面における走行障害物の存在を含む前記地面凹凸度を示す解析結果を生成する地面解析部が備えられている
本発明の好適な実施形態の1つでは、オフロード走行にともない蓄積される前記地面凹凸位置データに基づいて、地面凹凸分布地図情報を生成する凹凸分布地図情報生成部が備えられている。これにより、オフロード地を縦横無人に走行するオフロード車両の走行軌跡に沿った地面凹凸度(障害物の存在を含む)を示す地面凹凸分布地図の作成が可能となり、作成された地面凹凸分布地図は、オフロード走行のガイドとして利用できる。
地面凹凸位置データから凹凸分布地図情報を生成する処理を、自車でのスタンドアローン的に行うのではなく、同様の機能を有する他車とで共同的に作り出すことで、この凹凸分布地図情報が、より広い地域における、より密度の高い地面凹凸度を有するものとなり、好都合である。このため、本発明の好適な実施形態の1つでは、前記地面凹凸位置データを、通信回線を通じて外部に送信する通信部が備えられている。
上述したオフロード車両を用いた地面管理システムも本発明の対象となっている。そのようなオフロード車両を用いた地面管理システムでは、前記オフロード車両は、測位データを出力する衛星測位モジュールと、前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、前記地面の凹凸を検出するセンサ群と、前記地面の凹凸を撮影する撮影カメラと、入力パラメータに基づいて前記地面の凹凸度を示す地面凹凸度を算出する地面凹凸度算出部と、前記センサ群からの検出データと前記撮影カメラからの画像データとから、オフロードの地面状態に応じて選ばれたデータを前記入力パラメータとして設定する入力パラメータ設定部と、前記自車位置と前記地面凹凸度とを関係付けて地面凹凸位置データを生成する凹凸位置データ生成部とを備えている。さらに、オフロード車両とデータ交換可能な管理コンピュータ側では、前記オフロード車両から送られてくる地面凹凸位置データに基づいて地面凹凸分布地図情報を生成する凹凸分布地図情報生成部と、ユーザ端末からの要求に応答して、前記地面凹凸分布地図情報を前記ユーザ端末に送信する地図情報提供部とが構築されている。この地面管理システムにおいても、上述したオフロード車両と同様に、道路の路面状態に比べて様々な地面状態に対しても、その地面凹凸度が適切に算出され、結果的に生成された地面凹凸分布地図情報は、多くのオフロード車両で共有することができる。
オフロード車両の実施形態の1つであるUVを示す斜視図である。 UVの平面図である。 UVに構築されている制御系を示す機能ブロック図である。 オフロードの地面の凹凸状態を管理するための制御データの流れを示す説明図である。
次に、図面を用いて、本発明によるオフロード車両及び地面管理システムの実施形態の1つを説明する。この実施形態では、オフロード車両は、UV(ユーティリティビークル)と呼ばれる車両であり、ロードから外れたオフロード(荒地や岩場など)をスムーズに走行可能な構成を有する。図1はUVの斜視図であり、図2はUVの平面図である。このUVは、四輪駆動型の車両である。操向操作自在な左右一対の前車輪1aと、左右一対の後車輪1bとによって、パイプフレーム構造体である車体10が支持されている。車体10の中央にキャビン2が形成されている。キャビン2の前方には、ボンネット11が設けられ、キャビン2の後方には、荷台12が設けられている。ボンネット11の左右両側から、前車輪1aの上部を覆うフロントフェンダ13が設けれ、左右の後車輪1bの上方を覆う合成樹脂製のリヤフェンダ14が備えられている。車体10の前端には、ガードブラケット16を介してガードバー15が設けられている。
キャビン2内には、前車輪1aを操向制御するステアリングホイール21が配置され、ステアリングホイール21の後方に、運転座席22が配置され、この運転座席22の側方に、助手座席23が配置されている。運転座席22と助手座席23の前方にはウインドシールド24が取り付けられている。
図2に示すように、荷台12の下方にエンジンルーム3が形成され、エンジンルーム3には、点線で示されているエンジン30やトランスミッション31やマフラ32などが配置されている。エンジン30からの駆動力を前車輪1aと後車輪1bとに伝えるトランスミッション31は、エンジン30の後方に配置されている。トランスミッション31は、ここではHSTである無段変速装置とギヤ変速装置から構成されている。ギヤ変速装置に多段ギヤ変速機構と後輪デファレンシャル機構などが含まれている。
図1に示すように、キャビン2は、丸パイプ製のロプスフレームアッセンブリ4によって構成されている。ロプスフレームアッセンブリ4は、左フレーム部4aと右フレーム部4bと前クロスバー4cと後クロスバー4dを備えている。左フレーム部4a及び右フレーム部4bは、門型形状を有する。前クロスバー4cは左フレーム部4aの前上端と右フレーム部4bの前上端とを接続し、後クロスバー4dは左フレーム部4aの後上端と右フレーム部4bの後上端とを接続している。
ガードブラケット16には、ガードバー15によってガードされるような形で、撮影カメラ8が備えられている。この撮影カメラは、このUVが走行する地面の凹凸(地面に生えている樹木や地面に置かれた岩石などの障害物を含む)を撮影して、画像データを出力する。図2に示すように、キャビン2の前端領域に、制御ボックス17が配置され、この制御ボックス17内に、加速度センサ81及び傾斜センサ82が収納されている。加速度センサ81は、車体10の動き、特に鉛直方向の動きを検出し、その検出信号は、地面の凹凸を検出するための信号として好適に用いられる。傾斜センサ82は、車体10が地面の膨らみに乗り上げたり、地面の窪みに落ち込んだりした際の車体の傾斜を検出し、その検出信号も、地面の凹凸を検出するための信号として好適に用いられる。さらに、車体10の中央の下部に、複数の近接センサ83が車体横方向に間隔をあけて設けられている。
近接センサ83は超音波や光ビームを用いて地面までの距離を測定する。したがって、近接センサ83の検出信号は、このUVが跨ることができる地面の凹凸を検出するための信号として好適に用いられる。
図3には、このUVに構築されている制御系が示されている。この制御系の中核要素である制御ユニット5には、入出力インタフェースとして機能する、出力処理部95、入力処理部94、通信部96が備えられている。出力処理部95は、車両走行機器群91や報知デバイス92などと接続している。車両走行機器群91には、エンジン30やトランスミッション31など車両走行のために制御される機器が含まれている。報知デバイス92には、各種情報を表示するディスプレイや、危険が生じた場合、危険回避の警告を報知するブザーやスピーカやランプが含まれている。通信部96は、制御ユニット5で処理されたデータを遠隔地のクラウドサービスセンタKSに構築された管理コンピュータ100に送信するとともに、管理コンピュータ100から種々のデータを受信する機能を有する。
入力処理部94は、衛星測位モジュール7、撮影カメラ8、センサ群の1つである走行状態検出センサ群80などと接続している。走行状態検出センサ群80には、加速度センサ81、傾斜センサ82、近接センサ83が含まれている。さらに、図示されていないが、走行状態検出センサ群80には、エンジン回転数、後輪回転数、トランスミッション31の変速状態などを検出するセンサも含まれている。
制御ユニット5には、走行制御部51、報知部52、自車位置算出部53が構築されている。走行制御部51は、運転者による操作に基づいて車両走行機器群91を制御する。
報知部52は運転者に対して報知すべき情報を生成する。例えば、走行障害物の存在を検知した場合などでは、報知部52は報知デバイス92を通じて危険回避警告を報知する。
自車位置算出部53は、GPS等を採用した衛星測位モジュール7からの測位データに基づいて、自車位置を算出する。
さらに、制御ユニット5には、地面の状態を管理する制御機能部として、画像処理部60、入力パラメータ設定部61、地面凹凸度算出部62、凹凸位置データ生成部63、データ格納部64、スリップ率算出部65が構築されている。
画像処理部60は、撮影カメラ8によって取得された走行地面の画像データを処理する。画像処理部60には、レベル調整やエッジ検出などの一般的に良く知られた画像処理機能だけではなく、ここでは、地面の状態を解析するための画像処理群である地面解析部60aが含まれている。この地面解析部60aは、地面の膨らみや窪みを検知する機能と、地面から立ち上がっている樹木や岩石などの走行障害物を検知する機能とを有し、その解析結果として、膨らみや窪みや障害物に関するデータである地面凹凸データを出力する。
地面凹凸度算出部62は、入力パラメータに基づいて地面の凹凸度を示す地面凹凸度を算出する。図4に示すように、入力パラメータは、地面解析部60aからの地面凹凸データ及び加速度センサ81と傾斜センサ82と近接センサ83とからの検出データに基づいて内部データ化された信号(データ)である。各センサはそれぞれ異なった検出能力を有している。例えば、車体10が乗り越えるような比較的小さな凹凸は近接センサ83の検出データが有効であり、車体10が登ったり、下ったりするような大きな凹凸は傾斜センサ82の検出データが有効である。凹凸が比較的短い周期性を有する場合、加速度センサ81の検出データが有効である。撮影カメラ8の検出データである地面凹凸データは、大きな凹凸に対して有効であるが、背の高い草木が茂っているような地面では、有効に機能しない。このため、入力パラメータ設定部61が、センサ群(加速度センサ81と傾斜センサ82と近接センサ83)からの3つの検出データと、撮影カメラ8の画像データに基づく地面凹凸データとから、適切とみなされるデータを、入力パラメータとして設定する。その際、設定されるデータは1つだけでもよいし、複数でもよい。複数のデータを入力パラメータとして設定する場合には、各入力パラメータに重みづけをするか、あるいは優先順位をつけるとよい。入力パラメータ設定部61による設定は、選択ボタンによる手動選択でもよいし、走行実績のある場所であれば、前回の設定を自動設定するようにしてもよい。
凹凸位置データ生成部63は、地面凹凸度算出部62によって算出された地面凹凸度に、自車位置算出部53によって算出された自車位置を関係付けて地面凹凸位置データを生成する。地面凹凸位置データは、特定の地図上の位置における地面凹凸度を示すことになる。
スリップ率算出部65は、後車輪1bの周速から算出された演算走行距離と、自車位置算出部53からの自車位置から算出された実走行距離との差からスリップ率を算出する。
スリップ率は、地面の状態を表すデータとして利用できるので、この実施形態では、地面凹凸位置データにスリップ率が付加されている。凹凸位置データ生成部63によって生成された地面凹凸位置データは、逐次、データ格納部64に格納される。
この実施形態では、遠隔地に設置されているクラウドサービスセンタKSに、オフロードにおける地面状態の管理を行う管理コンピュータ100が設置されている。管理コンピュータ100には、凹凸分布地図情報生成部101、地図情報提供部102と、ユーザ管理部103が構築されている。凹凸分布地図情報生成部101は、オフロード車両から通信回線(インターネット回線や携帯電話回線など)を通じて送られてくる地面凹凸位置データを、地図上に展開して、地面凹凸分布地図情報を生成し、蓄積する。地図情報提供部102は、WEBサーバのような機能を有し、オフロード車両からの要求に応答して、通信回線を通じて、地面凹凸分布地図情報をオフロード車両に送信する。ユーザ管理部103は、このオフロード車両のための路面状態提供クラウドサービスに登録しているユーザを管理する。
地図情報提供部102が提供する地面凹凸分布地図情報は、この路面状態提供クラウドサービスに登録しているユーザ(オフロード車両)から送られてくる地面凹凸位置データに基づいて生成されているので、走行中のオフロード車両の運転者は未走行である領域の地面の凹凸状態を報知デバイス92から知ることができる。報知部52は、地図情報提供部102から受け取った地面凹凸分布地図情報と自車の走行方向とから走行先に危険な走行障害物を含む地面凹凸が存在していると判定すれば、運転者に警告を報知することも可能である。
〔別実施の形態〕
(1)上述した実施形態では、管理コンピュータ100による路面状態提供クラウドサービスは、オフロード車両に装備された制御ユニット5が受けていたが、これに代えて、オフロード車両から独立したユーザ端末が路面状態提供クラウドサービスを受ける構成を採用してもよい。その際、運転者や同乗者が有するユーザ端末と、オフロード車両とのデータ交換は、無線データ通信または有線データ通信によって行われる。
(2)さらに、上述した地面管理システムを、オフロード車両とユーザ端末と管理コンピュータ100とによって構築してもよい。その場合には、オフロード車両では、衛星測位モジュール7と、自車位置算出53部と、走行状態検出センサ群8080と、撮影カメラと、地面凹凸度算出部62と、入力パラメータ設定部61と、凹凸位置データ生成部63とが備えられる。管理コンピュータ100には、オフロード車両から、ユーザ端末を介して送られてくる地面凹凸位置データに基づいて地面凹凸分布地図情報を生成する凹凸分布地図情報生成部101と、ユーザ端末からの要求に応答して地面凹凸分布地図情報をユーザ端末に送信する地図情報提供部102とが備えられる。ユーザ端末は、地面凹凸分布地図情報を表示する。
(3)上述した実施形態では、オフロードの地面の凹凸状態を検出するセンサとして、加速度センサ81と傾斜センサ82と近接センサ83であったが、本発明はこれらに限定されるわけでなく、地面の凹凸状態を検出することができるセンサであれば、これに代えて、あるいはこれらとともに用いることができる。
(4)図3で示された機能ブロック図における各機能部の区分けは、説明を主な目的とした一例であり、種々の機能部を統合したり、単一の機能部を複数に分割したりすることの任意である。特に、凹凸分布地図情報生成部101は、自車専用の凹凸分布地図情報を生成する機能部として、オフロード車両の制御ユニット5内に構築してもよい。
本発明は、道路から外れた地面を走行するオフロード車両、及びこのオフロードにおける地面の凹凸状態を管理する地面管理システムに適用することができる。
5 :制御ユニット
51 :走行制御部
52 :報知部
53 :自車位置算出部
60 :画像処理部
60a :地面解析部
61 :入力パラメータ設定部
62 :地面凹凸度算出部
63 :凹凸位置データ生成部
64 :データ格納部
65 :スリップ率算出部
7 :衛星測位モジュール
8 :撮影カメラ
80 :走行状態検出センサ群
81 :加速度センサ
82 :傾斜センサ
83 :近接センサ
91 :車両走行機器群
100 :管理コンピュータ
101 :凹凸分布地図情報生成部
102 :地図情報提供部
103 :ユーザ管理部
KS :クラウドサービスセンタ

Claims (10)

  1. 道路から外れた地面を走行するオフロード車両であって、
    測位データを出力する衛星測位モジュールと、
    前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、
    前記地面の凹凸を検出するセンサ群と、
    前記地面の凹凸を撮影する撮影カメラと、
    入力パラメータに基づいて前記地面の凹凸度を示す地面凹凸度を算出する地面凹凸度算出部と、
    前記センサ群からの検出データと前記撮影カメラからの画像データとから、オフロードの地面状態に応じて選ばれたデータを前記入力パラメータとして設定する入力パラメータ設定部と、
    前記自車位置と前記地面凹凸度とを関係付けて地面凹凸位置データを生成する凹凸位置データ生成部と、
    前記地面凹凸位置データを格納するデータ格納部と、を備えたオフロード車両。
  2. 前記センサ群には、近接センサ、加速度センサ、傾斜センサの少なくとも1つが含まれている請求項1に記載のオフロード車両。
  3. 前記画像データから、前記地面における走行障害物の存在を含む前記地面凹凸度を示す解析結果を生成する地面解析部が備えられている請求項1または2に記載のオフロード車両。
  4. オフロード走行にともない蓄積される前記地面凹凸位置データに基づいて、地面凹凸分布地図情報を生成する凹凸分布地図情報生成部が備えられている請求項1から3のいずれか一項に記載のオフロード車両。
  5. 前記地面凹凸位置データを、通信回線を通じて外部に送信する通信部が備えられている請求項1から3のいずれか一項に記載のオフロード車両。
  6. 複数の前記入力パラメータが前記入力パラメータ設定部によって設定され、当該入力パラメータに対して重みづけが行われる請求項1から5のいずれか一項に記載のオフロード車両。
  7. 前記入力パラメータ設定部による前記入力パラメータの選択は、選択ボタンによって手動選択される請求項1から6のいずれか一項に記載のオフロード車両。
  8. 道路から外れた地面を走行するオフロード車両を用いた地面管理システムであって、
    前記オフロード車両が、
    測位データを出力する衛星測位モジュールと、
    前記測位データから自車位置を算出する自車位置算出部と、
    前記地面の凹凸を検出するセンサ群と、
    前記地面の凹凸を撮影する撮影カメラと、
    入力パラメータに基づいて前記地面の凹凸度を示す地面凹凸度を算出する地面凹凸度算出部と、
    前記センサ群からの検出データと前記撮影カメラからの画像データとから、オフロードの地面状態に応じて選ばれたデータを前記入力パラメータとして設定する入力パラメータ設定部と、
    前記自車位置と前記地面凹凸度とを関係付けて地面凹凸位置データを生成する凹凸位置データ生成部と、を備え、かつ
    前記オフロード車両から送られてくる地面凹凸位置データに基づいて地面凹凸分布地図情報を生成する凹凸分布地図情報生成部と、
    ユーザ端末からの要求に応答して、前記地面凹凸分布地図情報を前記ユーザ端末に送信する地図情報提供部と、を備えた地面管理システム。
  9. 複数の前記入力パラメータが前記入力パラメータ設定部によって設定され、当該入力パラメータに対して重みづけが行われる請求項8に記載の地面管理システム。
  10. 前記入力パラメータ設定部による前記入力パラメータの選択は、選択ボタンによって手動選択される請求項8または9に記載の地面管理システム。
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