JP7259441B2

JP7259441B2 - 連結角推定装置

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Publication number: JP7259441B2
Application number: JP2019051746A
Authority: JP
Inventors: 玄佐藤; 宗彦前田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: JP2020152209A

Description

本発明は、連結角推定装置に関する。

下記特許文献１には、コンテナヤード内を自律走行するセミトレーラ（運搬車両）が開示されている。

特開２０１７－２２８１９８号公報

ところで、コンテナヤード内で荷役を行う運搬車両が自律走行するためには、トレーラに搭載されたコンテナ（牽引物）が、地面に置かれているコンテナなどの障害物に接触しないよう制御する必要がある。ただし、特許文献１では、運搬車両が自律走行する上でコンテナの姿勢については何ら考慮されてないため、運搬車両の安全走行を実現するには、改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、牽引物を運搬する運搬車両の安全走行を実現することである。

（１）本発明の一態様は、トレーラヘッドのステアリングの舵角を計測する計測部と、前記計測部で計測された前記舵角に基づいて、前記トレーラヘッドに連結しているシャーシの連結角を推定する情報処理装置と、を備える連結角推定装置である。

（２）上記（１）の連結角推定装置であって、前記情報処理装置は、前記トレーラヘッドが所定の走行経路を走行したときに前記計測部で計測された前記舵角の時系列データから、前記トレーラヘッドが前記所定の走行経路を走行したときの前記連結角を推定する推定部を備えてもよい。

（３）上記（２）の連結角推定装置であって、前記推定部は、前記舵角の時系列データから前記走行経路を自律走行する前記トレーラヘッドの軌跡を算出する第１の算出部と、前記第１の算出部で算出された前記トレーラヘッドの軌跡から前記シャーシの軌跡を算出する第２の算出部と、前記トレーラヘッドの軌跡と前記シャーシの軌跡とから前記連結角を算出する第３の算出部と、を備えてもよい。

（４）上記（３）の連結角推定装置であって、前記舵角と前記トレーラヘッドの回転半径との関係を示す情報を格納する格納部をさらに備え、前記第１の算出部は、前記情報を用いて、前記舵角の時系列データから前記トレーラヘッドの回転半径の時系列データを求め、前記回転半径の時系列データに基づいて前記トレーラヘッドの軌跡を算出してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、牽引物を運搬する運搬車両の安全走行を実現することができる。

本実施形態に係る連結角推定装置を備えた運搬システムＡの概略構成の一例を示す図である。本実施形態に係る連結角θを説明する図である。実施形態に係る連結角推定装置２の概略構成の一例を示す図である。本実施形態に係るトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１の作成方法の一例を示す図である。本実施形態に係るシャーシ１２の軌跡ｔｒ２の作成方法の一例を示す図である。本実施形態に係る連結角θの推定方法の流れを説明する図である。

以下、本実施形態に係る連結角推定装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る連結角推定装置を備えた運搬システムＡの概略構成の一例を示す図である。運搬システムＡは、コンテナＰを目的の場所に運搬する又はその運搬を支援するシステムである。本実施形態に係る運搬システムは、コンテナＰを運搬している運搬車両１を備え、当該運搬車両の自律走行を行うことが可能なシステムである。ただし、運搬システムＡは、これに限定されず、運搬車両１の遠隔操縦を可能とするシステムであってもよいし、運搬車両１の有人操縦を支援するシステムであってもよい。

運搬システムＡは、運搬車両１及び連結角推定装置２を備える。

運搬車両１は、運搬対象物を目的の場所へ運搬する車両であって、本実施形態では湾や内陸地等のコンテナヤードにおいて、コンテナＰを牽引して目的の場所へコンテナＰを運搬する車両である。運搬車両１は、例えば、フルトレーラやセミトレーラである。なお、コンテナＰは、本発明の「運搬対象物」の一例である。
具体的には、運搬車両１は、トレーラヘッド１１（トラクタともいう。）、シャーシ（トレーラともいう。）１２及び連結部１３を備える。

トレーラヘッド１１には、シャーシ１２が連結されている。このトレーラヘッド１１は、シャーシ１２が連結されている状態で走行する。

シャーシ１２には、コンテナＰが積載される。そして、シャーシ１２は、コンテナＰが積載された状態でトレーラヘッド１１により牽引される。
このように、本実施形態に係る運搬車両１では、トレーラヘッド１１とシャーシ１２とが連結され、シャーシ１２にコンテナＰが積載された状態でトレーラヘッド１１が走行することで、コンテナＰを牽引することができる。

連結部１３は、シャーシ１２をトレーラヘッド１１に連結する。連結部１３は、トレーラヘッド１１に設けられたカプラ１３ａと、シャーシ１２に設けられたキングピン１３ｂとを備え、キングピン１３ｂをカプラ１３ａに連結させることで、シャーシ１２をトレーラヘッド１１に連結する。これにより、シャーシ１２は、連結部１３により枢動可能にトレーラヘッド１１に連結される。なお、連結部１３の構成は、公知であるので詳細な説明は省略する。

連結角推定装置２は、トレーラヘッド１１のステアリングＳＴの舵角に基づいて、トレーラヘッド１１に連結しているシャーシ１２の連結角θを推定する。この連結角θは、図２に示すように、トレーラヘッド１１に対するシャーシ１２の傾きである。

以下に、本実施形態に係る連結角推定装置２の概略構成の一例について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る連結角推定装置２の概略構成の一例を示す図である。

連結角推定装置２は、舵角計測部３及び情報処理装置４を備える。

舵角計測部３は、ステアリングＳＴの舵角（以下、「ステアリング舵角」という。）を計測する舵角センサである。舵角計測部３は、計測したステアリング舵角を情報処理装置４に出力する。

情報処理装置４は、舵角計測部３で計測されたステアリング舵角に基づいて連結角θを推定する。情報処理装置４は、舵角計測部３で計測されたステアリング舵角の履歴（以下、「舵角履歴情報」という。）から、所定の走行経路Ｈを自律走行するトレーラヘッド１１に連結しているシャーシ１２の連結角θを推定する。この舵角履歴情報は、舵角計測部３で計測された過去のステアリング舵角の情報である。具体的には、舵角履歴情報は、トレーラヘッド１１が有人操縦で走行経路Ｈを走行したとき（走行開始時刻ｔ０から走行終了時刻ｔｎまで）に舵角計測部３から時系列で単位時間ごとに取得したステアリング舵角の情報である。
情報処理装置４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージ、入出力インターフェースを備えてもよい。情報処理装置４は、例えば、コンピュータである。

以下に、本実施形態に係る情報処理装置４の概略構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る情報処理装置４の概略構成の一例を示す図である。

情報処理装置４は、舵角取得部５、格納部６及び推定部７を備える。

舵角取得部５は、舵角計測部３で計測されるステアリング舵角を時系列で格納部６に格納する。格納部６に格納されるステアリング舵角の時系列のデータは、上記舵角履歴情報に相当する。

格納部６には、ステアリング舵角とトレーラヘッド１１の回転半径Ｒとの関係を示す情報（以下、「第１の情報」という。）が格納されている。この第１の情報は、ステアリング舵角と、そのステアリング舵角でステアリングＳＴを操舵したときのトレーラヘッド１１の回転半径Ｒとが関連付けられた数式やテーブル等の情報である。ここで、回転半径Ｒとは、トレーラヘッド１１の最も外側のタイヤの中心が描く円の軌跡である。この第１の情報は、例えば、実験的又は理論的に定めればよい。
また、格納部６には、シャーシ１２及びトレーラヘッド１１のそれぞれの車両諸元の情報（以下、「第２の情報」という。）が格納されている。
さらに、格納部６には、舵角取得部５により舵角履歴情報が格納される。

推定部７は、走行経路Ｈを走行したときのトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を求め、そのトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１から連結角θを推定する。
例えば、推定部７は、第１の情報を用いて、舵角履歴情報からトレーラヘッド１１の回転半径Ｒの履歴を求め、回転半径Ｒの履歴に基づいてトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を推定する。
以下に、本実施形態に係る推定部７の概略構成の一例を説明する。

推定部７は、ヘッド軌跡算出部８（第１の算出部）、シャーシ軌跡算出部９（第２の算出部）及び連結角算出部１０（第３の算出部）を備える。

ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報に基づいて、走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出する。ここで、上述したように、舵角履歴情報は、トレーラヘッド１１が走行経路Ｈを走行したときのステアリング舵角の時系列データである。したがって、ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報から走行経路Ｈにおける各地点でのトレーラヘッド１１の進行方向を求め、その進行方向の変化から走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出することができる。なお、ヘッド軌跡算出部８は、トレーラヘッド１１が走行経路Ｈを走行したときのトレーラヘッド１１の位置情報をＧＰＳ（Global Positioning System）等により時系列で取得しておき、その時系列で取得した位置情報の推移から走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出してもよい。
さらに、ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報から回転半径Ｒの履歴を求め、その求めた回転半径Ｒの履歴から走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出してもよい。以下に、回転半径Ｒの履歴からトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出する方法について説明する。

まず、ヘッド軌跡算出部８は、第１の情報を用いて、舵角履歴情報からトレーラヘッド１１が走行経路Ｈを走行したときの回転半径Ｒの履歴を求める。例えば、第１の情報がステアリング舵角と回転半径Ｒとの関係を示す数式である場合には、ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報のステアリング舵角を時系列順に数式に順に代入すること回転半径Ｒの履歴を取得することができる。
また、例えば、第１の情報がステアリング舵角と回転半径Ｒとの関係を示すテーブルである場合には、ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報のステアリング舵角に対応する回転半径Ｒをテーブルから時系列順に取得することで回転半径Ｒの履歴を取得することができる。

つぎに、ヘッド軌跡算出部８は、回転半径Ｒの履歴から走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を求める。
例えば、図４（Ａ）に示すように、ヘッド軌跡算出部８は、第２の情報をもとに、連結部１３を基準にトレーラヘッド１１を描く。そして、時刻ｔ１での回転半径が回転半径Ｒ１であるとすると、ヘッド軌跡算出部８は、（ａ）時刻ｔ０のトレーラヘッド１１の前輪のうち、外側の車輪の中心から回転半径Ｒ１の円と、後輪軸Ｃ１の延長線上との交点を中心点Ｏに設定する。そして、ヘッド軌跡算出部８は、図４（Ｂ）に示すように、（ｂ）中心点Ｏを中心に所定の角度だけ時刻ｔ０でのトレーラヘッド１１（外側の車輪の中心）を回転させる。ヘッド軌跡算出部８は、上記（ａ）及び（ｂ）の処理を、時刻ｔ０からｔｎまで回転半径Ｒごとかつ時系列順に繰り返すことでトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を求めることができる。

シャーシ軌跡算出部９は、ヘッド軌跡算出部８で算出されたトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１からシャーシ１２の軌跡ｔｒ２を求める。
具体的には、図５（Ａ）に示すように、シャーシ軌跡算出部９は、第２の情報をもとに、連結部１３を基準にシャーシ１２を描く。そして、シャーシ軌跡算出部９は、（ｃ）時刻ｔ１での連結角θを推定するにあたって、時刻ｔ１でのトレーラヘッド１１の連結部１３を中心として、連結部１３からシャーシ１２の後輪軸Ｃ２までの距離Ｄを半径ｒとして円弧Ｃｒを描く。次に、シャーシ軌跡算出部９は、図５（Ｂ）に示すように、（ｄ）円弧Ｃｒと時刻ｔ０のシャーシ１２の垂直軸ｖとの交点と、時刻ｔ０の後輪軸Ｃ２の中心点との中点Ｍを求める。そして、シャーシ軌跡算出部９は、図５（Ｃ）に示すように、（ｅ）時刻ｔ１の連結部１３から中点Ｍに向かって線Ｌを描く。この線Ｌが時刻ｔ１のシャーシ１２の傾きであって、時刻ｔ１でのシャーシ１２の垂直軸となる。
したがって、シャーシ軌跡算出部９は、時刻ｔ１での線Ｌから、時刻ｔ１のシャーシ１２を描くことができる。そのため、シャーシ軌跡算出部９は、上記（ｃ）から（ｅ）までの処理を、時刻ｔ０からｔｎまでの単位時間ごとに時系列順に繰り返すことでシャーシ１２の軌跡ｔｒ２を求めることができる。

連結角算出部１０は、トレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１とシャーシ１２の軌跡ｔｒ２とを比較することで時刻ｔ０からｔｎまでの単位時間ごとの連結角θを求める。例えば、連結角算出部１０は、トレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１とシャーシ１２の軌跡ｔｒ２とを用いて、同時刻でのトレーラヘッド１１の垂直軸とシャーシ１２の垂直軸とのなす角を連結角θとして単位時間ごとに求める。

次に、本実施形態に係る連結角推定装置２の動作の流れについて、説明する。
まず、運転者がトレーラヘッド１１を運転して、走行経路Ｈに沿ってトレーラヘッド１１を走らせる。その際、舵角計測部３は単位時間ごとにステアリング舵角を計測する。そして、舵角取得部５は、舵角計測部３で計測された単位時間ごとのステアリング舵角を時系列で格納部６に格納する。これにより、格納部６に舵角履歴情報が格納される。
なお、上記有人操縦の際に、トレーラヘッド１１は、シャーシ１２が連結されていてもよいし、連結されていなくてもよい。

トレーラヘッド１１の有人操縦が完了すると、連結角推定装置２は、シャーシ１２が連結されたトレーラヘッド１１が走行経路Ｈを走行した場合の連結角θを推定する。
以下に、本実施形態に係る連結角θの推定方法の流れについて、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る連結角θの推定方法の流れを説明する図である。

ヘッド軌跡算出部８は、格納部６に格納されている舵角履歴情報を読み取る（ステップＳ１０１）。そして、ヘッド軌跡算出部８は、読み取った舵角履歴情報に基づいて、走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出する（ステップＳ１０２）。ただし、本実施形態では、ヘッド軌跡算出部８は、上記有人操縦時におけるトレーラヘッド１１の位置情報の時系列データからトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出してもよい。トレーラヘッド１１の位置情報の取得方法は、ＧＰＳを用いて取得してもよいし、ＩＣＰアルゴリズムを適用したスキャンマッチングにより取得してもよい。

さらに、ヘッド軌跡算出部８は、舵角履歴情報から求めた回転半径Ｒの履歴から走行経路Ｈを走行するトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を算出してもよい。ヘッド軌跡算出部８は、公知の技術（例えば、「セミトレーラ及びフル直角回軌跡図の様式」(JASO Z006-92)(社)自動車技術会）を用いて、回転半径Ｒからトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１を求めてもよい。

シャーシ軌跡算出部９は、ヘッド軌跡算出部８で算出されたトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１からシャーシ１２の軌跡ｔｒ２を求める。例えば、シャーシ軌跡算出部９は、公知の技術（例えば、「セミトレーラ及びフル直角回軌跡図の様式」(JASO Z006-92)(社)自動車技術会）を用いて、ヘッド軌跡算出部８で算出されたトレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１からシャーシ１２の軌跡ｔｒ２を求めてもよい（ステップＳ１０３）。

連結角算出部１０は、トレーラヘッド１１の軌跡ｔｒ１とシャーシ１２の軌跡ｔｒ２とを比較して、トレーラヘッド１１の走行経路Ｈの走行時における連結角θを単位時間ごとに求める（ステップＳ１０４）。ここで、連結角θは、シャーシ１２の姿勢を示す。そして、シャーシ１２にはコンテナＰが搭載されているため、連結角θは、コンテナＰの姿勢を示す。したがって、連結角推定装置２は、連結角θを推定することでコンテナＰの姿勢を検出することが可能となり、運搬車両１の自律走行を行う上で安全走行を実現することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例）
上記運搬システムＡは、運搬車両１の走行を制御して、所定の走行経路Ｈに沿って運搬車両１を自律走行させる制御装置（不図示）及び運搬車両１の周囲の障害物を検出する環境センサ（不図示）を備えてもよい。この制御装置は、環境センサからのデータを用いて走行経路Ｈに沿って運搬車両１の自律走行を行う。上記環境センサは、車両Ｍの周囲の物体までの距離を計測する距離センサ（例えば、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）又はレーザレーダ等の二次元又は三次元の計測装置）でもよいし、撮像装置であってもよいし、その両方であってもよい。
上記制御装置は、運搬車両１の自律走行前に、連結角推定装置２が推定した複数の連結角θを連結角推定装置２から取得してもよい。そして、上記制御装置は、自律走行時において、連結角θを用いてコンテナＰが環境センサにより検出された障害物に接触するか否かを判定してもよい。そして、上記制御装置は、コンテナＰが障害物に接触すると判定した場合には、当該コンテナＰが障害物に接触しないような走行経路Ｈを検索してもよいし、ステアリングＳＴや運搬車両１の速度を制御して、障害物に対するコンテナＰの接触を回避してもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係る連結角推定装置２は、トレーラヘッド１１のステアリングＳＴの舵角を計測する舵角計測部３と、舵角計測部３で計測されたステアリング舵角に基づいてトレーラヘッド１１に連結しているシャーシ１２の連結角θを推定する情報処理装置４と、を備える。

このような構成によれば、連結角θからコンテナＰの姿勢を把握することが可能になり、運搬車両１を自律走行させる上で、運搬車両１の安全走行を実現することができる。

なお、コンテナＰの姿勢を検出する方法として、連結部１３にエンコーダなどのセンサを追加することが考えられが、コストが増加する。
一方、本実施形態に係る連結角推定装置２は、ステアリング舵角に基づいて連結角θを推定するため、連結部１３にエンコーダなどのセンサを追加することがなく、低コストで運搬車両１の安全走行を実現することができる。

なお、上述した連結角推定装置２の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、上記連結角推定装置２の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

Ａ運搬システム
１運搬車両
２連結角推定装置
３舵角計測部
４情報処理装置
５舵角取得部
６格納部
７推定部
８ヘッド軌跡算出部（第１の算出部）
９シャーシ軌跡算出部（第２の算出部）
１０連結角算出部（第３の算出部）
１１トレーラヘッド
１２シャーシ
１３連結部

Claims

トレーラヘッドのステアリングの舵角を計測する計測部と、
前記計測部で計測された前記舵角に基づいて、前記トレーラヘッドに連結しているシャーシの連結角を推定する情報処理装置と、を備え、
前記情報処理装置は、前記トレーラヘッドが所定の走行経路を走行したときに前記計測部で計測された前記舵角の時系列データから、前記トレーラヘッドが前記所定の走行経路を走行したときの前記連結角を推定する推定部を備え、
前記推定部は、
前記舵角の時系列データから前記走行経路を自律走行する前記トレーラヘッドの軌跡を算出する第１の算出部と、
前記第１の算出部で算出された前記トレーラヘッドの軌跡から前記シャーシの軌跡を算出する第２の算出部と、
前記トレーラヘッドの軌跡と前記シャーシの軌跡とから前記連結角を算出する第３の算出部と、
を備える連結角推定装置。
前記舵角と前記トレーラヘッドの回転半径との関係を示す情報を格納する格納部をさらに備え、
前記第１の算出部は、前記情報を用いて、前記舵角の時系列データから前記トレーラヘッドの回転半径の時系列データを求め、前記回転半径の時系列データに基づいて前記トレーラヘッドの軌跡を算出することを特徴とする、請求項１に記載の連結角推定装置。