JP2018054290A - 運搬用車両の障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を検出できるようにする【解決手段】ダンプトラック１に設けられ、レーザパルス出射装置３４から、走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するようになし、このレーザパルスの照射位置をダンプトラック１の走行方向と交差する方向に走査させるようになし、このレーザパルスの走査ラインの前後の走査間隔を走行速度に応じて変化させる構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、鉱山で稼働するダンプトラック等の運搬車両における走行路の障害物を検出するための運搬用車両の障害物検出装置に関するものである。

走行車両の前方に走行の障害となる物体や人、さらに他の車両等といった障害物が位置していると、これら障害物を避けて走行しなければならない。このために、車両の前方部位にセンサを装着して、前方を監視する構成としたものは従来から広く知られている。例えば、特許文献１に開示されているのは、レーザセンサを用いた距離測定装置である。

この公知の距離測定装置は車両に搭載されて、車両の走行方向に対する前方位置に向けてレーザパルスを出射して、その反射光を受信して、このレーザパルスの送信から受信までの時間を計測することにより障害物の距離を測定するものである。

特許第３３５１６９６号明細書

前述した特許文献１では、車両の走行路において、一般道路における走行中または停止中の車両であり、さらに通行者等の人である。つまり、検出対象はある程度の高さを有するものであって、できるだけ見通しを良くするために、照射されるレーザパルスは概略水平方向となる。

ところで、鉱山を稼働フィールドとするダンプトラック等の運搬用車両にあっては、車両はある程度高速で走行するものであり、岩石等のように、走行に障害となる障害物が走行路上に存在する可能性がある。特に、掘削物を積載したダンプトラックが頻繁に走行することから、ベッセル（荷台）から積載物がこぼれ落ちる可能性もあり、また後発的に岩石等の障害物が走行路に入り込むこともある。従って、ダンプトラックの走行時には、これらの障害物を避けるように走行しなければならず、大きな障害物が走行方向の前方位置にある場合には、ダンプトラックを停止させなければならないことになる。

以上のことから、ダンプトラックが走行する路面上にダンプトラックの走行に支障のある障害物の存在を検出する必要があり、車両が乗り越えられない障害物はもとより、車両の高速走行時における安定性を考慮すれば、乗り越えることができる障害物であっても、乗り越えた時に車体が、特にベッセルに積荷がある状態では、衝撃により積荷がこぼれ出すおそれがある場合には、その障害物を避けて走行しなければならず、若しくは車両を停止させなければならないこともある。しかも、この障害物の検出はダンプトラックの走行中に行われることになる。従って、検出対象は走行路の路面からの突出物であるから、レーザパルスは路面に向けて照射する必要があり、しかも車両からどの程度離れた位置の情報を必要とするか、またどの程度の高さの突出物を検出するかはダンプトラックの構成、ベッセルにおける積載物の種類、車両の走行速度、その他の状況に応じて、任意に設定できるようにする必要がある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を検出できるようにすることをその目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明は、運搬用車両に設けられ、この運搬用車両の走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するレーザ装置と、このレーザ装置からのレーザパルスの照射位置を前記運搬用車両の走行方向と交差する方向に走査させるレーザパルス走査手段と、前記運搬車両の走行速度Ｖと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Ｔｈとに基づいて、前後のレーザパルスの走査ライン間の走査間隔を測定するようになし、前記運搬用車両の走行速度が変化しても、前記走査間隔が所定値を超えないように前記計測周期時間Ｔｈを変化させる走査間隔調整手段とを含むものである。

レーザ装置はレーザパルスを出射するレーザ装置と、路面からのレーザ光の散乱光を受信する受光センサとが含まれる。また、レーザ光の光路を曲折する場合には、光路の途中に反射ミラーを配置し、この反射ミラーの角度を制御する。路面からの反射光は集光レンズにより集光させて、受光センサに入射されるように構成するのが望ましい。

レーザ装置から出射されるレーザパルスにより路面を走査する。運搬用車両の走行路において、車両の走行方向と直交する方向をＸ方向とし、走行方向をＹ方向としたときに、Ｘ方向は走行路の道幅を規定するものである。レーザパルス走査手段はＸ方向の走査範囲を規定するものであり、運搬用車両が走行する際の道幅が設定される。レーザパルス走査手段はレーザ装置を往復揺動させるか、または一方向に回転させる。レーザ光の光路に反射ミラーを配置している場合には、この反射ミラーを往復回動させることによっても、レーザパルスを走査させることができ、線状乃至帯状の走査ライが設定される。ここで、走査ラインは車両の走行方向と直交するものだけに限らず、走行方向と直交する方向に対して斜め方向であっても良い。このようにして車両の走行方向前方に向けてレーザパルスを照射することにより検査・監視を行うシステムはＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging:光検出と測距）システムと呼ばれるものである。

以上により運搬用車両の走行方向における前方位置における所定の範囲をレーザパルスによる走査が行われて、ＬＩＤＡＲシステムに基づく障害物が存在するか否かの検出を行うことができる。従って、路面上にレーザスポット間を結ぶ仮想のグリッドを設定したときに、このグリッドを構成する網目（メッシュ）の大きさに基づいて検出可能な障害物の大きさが変化する。どの程度の大きさの障害物を検出するかについては、運搬用車両の走行時に、その障害物を乗り越えた時の安定性に基づいて決定するのが一般的であり、この検出対象とする障害物の大きさに基づいて網目のＸ方向及びＹ方向の長さが決定される。

ここで、運搬車両の走行速度Ｖと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Ｔｈとしたときに、前述した網目を構成するＸ方向及びＹ方向について、Ｘ方向の間隔はレーザ装置から出射されるパルスレーザのパルス間隔により定まるものである。一方、Ｙ方向の間隔は運搬用車両の走行速度Ｖにより変化することになる。つまり、運搬用車両が低速で走行している際にはＹ方向の間隔は短くなり、高速で走行している場合には長くなる。従って、運搬用車両の走行速度に応じて、前後の走査ライン間の走査間隔Ｖ×Ｔｈが変化することになる。走査間隔調整手段は、運搬用車両の走行速度に応じて、走査ラインのＹ方向のピッチ間隔を調整するためのものである。この走査間隔調整手段による調整によって、設定した大きさの障害物を確実に検出することができる。ここで、Ｙ方向の間隔は運搬用車両の速度変化に応じて変化させるようにしても良いが、運搬用車両の上限速度が決まっている場合には、この上限速度を基準にしてＹ方向のピッチ間隔を固定することができる。

運搬用車両の走行中に、その走行路の路面において、車両の高速走行時にも走行安定性を阻害するおそれのある障害物を確実に検出できるようになる。

前述及び前述以外の発明の課題、構成及び効果については、以下において、図面を参照して説明する本発明の実施の形態によって、より明確にする。

運搬用車両の一例として、鉱山で稼働するダンプトラックを示す外観図である。 ダンプトラックが稼働する鉱山現場を模式的に示す説明図である。 路面上における障害物検出の原理構成図である。 ダンプトラックに組み込まれる障害物検出装置の構成説明図である。 レーザ装置の走査可能範囲を示す説明図である。 図４の障害物検出装置からのレーザパルスの照射範囲を示す説明図である。 レーザパルスのＸ，Ｙ方向の走査間隔についての説明図である。 障害物についての分解能を導き出すための構成を示す説明図である。 レーザスポットのピッチ間隔を示す説明図である。 ダンプトラックによる路面の障害物検査を行っている状態を示す動作説明図である。 障害物検出システムの概略構成図である。 ダンプトラックの走行時における障害物の位置とそれを回避する動作についての動作説明図である。 ダンプトラックの走行時における障害物検出処理動作の説明図である。 障害物検出処理を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態を示すダンプトラックの構成説明図である。 図１５の平面図である。

以下、本発明に係る運搬用車両の障害物検出装置について、鉱山で稼働するダンプトラックとして構成したものについて、その実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１にダンプトラック１の全体構成を示し、図２にダンプトラック１の稼働フィールドの一例としての鉱山現場の状況を模式的に示す。ダンプトラック１は鉱山で掘削された鉱石や土砂等を運搬するためのものであり、その稼働フィールドは走行条件の悪いオフロードであり、岩石や礫等が存在する中を走行するものである。

ダンプトラック１は車両本体１ａとベッセル１ｂとから構成される。車両本体１ａには運転室２が設置されており、また走行手段として、それぞれ左右に設けた前輪３及び後輪４を有するものであり、前輪３は従動輪、後輪４は駆動輪である。

運転室２には、オペレータが搭乗するために、車両本体１ａには上側デッキ５が設けられており、この上側デッキ５は車両本体１ａの前側に設置されており、その幅寸法は車両本体１ａの幅全体に及んでいる。上側デッキ５の下部中央位置には、一対の建屋構造部６Ｒ，６Ｌが配置されており、その中間位置にはエアクリーナ７が設置されている。エアクリーナ７は複数のフィルタエレメントが装着されて、空気中の塵埃等を捕捉するように構成されている。

図２において、１０は採鉱場であり、採鉱場１０には採鉱作業を行うための油圧ショベル１１が稼働している。採鉱場１０からは走行路１２が延在されており、この走行路１２は、図示は省略するが、鉱石集積場に向けた鉱石送路１３や排土場に向けた土砂送路１４が分岐して形成されている。

ダンプトラック１は採鉱場１０に搬入され、油圧ショベル１１から土砂や鉱石等がベッセル１ｂに積載されて、走行路１２に沿って走行する。鉱石が積載されている場合には、鉱石送路１３から鉱石集積所に移送される。また、ベッセル１ｂに土砂が積載されている際には土砂送路１４に向って走行することになる。いずれの送路を取るにしても、鉱石集積所や排土場においては、ベッセル１ｂから積載物が排出される。

ダンプトラック１が稼働するフィールドにおいては、複数台のダンプトラック１が稼働しており、これらのダンプトラック１は交通管制センタ１５に設けた管理装置により運行が管理されることになる。ダンプトラック１と交通管制センタ１５との間は無線通信により情報の双方向伝達が可能となっている。このために、走行路１２及び交通管制センタ１５における所定の位置にはアンテナ１６が設けられている。さらに、各ダンプトラック１には通信衛星（ＧＰＳ）１７から自己の位置情報を取得できるようにしている。

走行路１２において、ダンプトラック１は採鉱場１０から鉱石送路１３や土砂送路１４に向う往路と、採鉱場１０側に向う復路とに向けて走行するものであり、走行路１２の途中で他のダンプトラック１がすれ違うことになる。このために、走行路１２には往路と復路とが区画されている。ただし、通常、その境界部に中央分離帯等は設けられていない。また、走行路１２の道幅端部は崖等が位置しており、これによって、走行路１２は往路及び復路における道幅が概略設定されていることになる。そこで、以下の説明においては、走行路１２について往路及び復路の側端部をそれぞれ路肩という。

走行路１２（鉱石送路１３，土砂送路１４を含む）をダンプトラック１が走行する際には、走行安定性を図り、円滑な走行を可能にするために、路面に障害物が存在しないようにする必要がある。鉱山においては、舗装等が行われていないことから、路面に凹凸があり、また岩石等が存在していることがある。従って、路面の状態を監視する必要があり、特にダンプトラック１の走行方向前方位置に走行不能となり、若しくは走行安定性に影響を及ぼすような障害物が存在するか否かを判断しなければならない。しかも、障害物が存在する場合、それを避けるように走行させるか、または停止しなければならない場合もある。このために、ダンプトラック１には、特に走行方向前方の路面上に障害物があるか否かの検出を行う必要があり、図３に示したＬＩＤＡＲシステムによる障害物検出機構２０を用いられる。

障害物検出機構２０は被検領域２１内に障害物が存在しているか否かの検出を行うものである。図中において、２２は所定の間隔をもってレーザパルスを出射するレーザ装置、２３はレーザパルスを所定の範囲にわたって走査させるレーザパルス走査機構、２４は受光センサをそれぞれ示す。

被検領域２１をＸ方向及びＹ方向に所定の広がりをもったエリアとしたときにおいて、パルスレーザ装置２２から出射されレーザ光はレーザパルス走査機構２３により光路を曲げられた上で被検領域２１の表面を走査することになる。従って、レーザパルス走査機構２３は反射ミラー２３ａを有し、この反射ミラー２３ａによって被検領域２１にレーザパルスが照射される。レーザパルスを被検領域２１の全体を走査させるためには、反射ミラー２３ａは直交２軸、つまりＸ方向及びＹ方向に傾動乃至回転できるものとする。具体的には鉛直方向に延在させた回転軸２３Ｘを有するものであり、この回転軸２３Ｘを図示しないモータ等により回転駆動することによって、被検領域２１のＸ方向にレーザパルスが走査される。また、水平方向に延在させた回転軸２３Ｙを駆動することにより被検領域２１の内部をＹ方向に走査させることがはできる。被検領域２１を走査したレーザパルスは集光レンズ２５により集光されて、受光センサ２４に入射される。

受光センサ２４は被検領域２１からの反射光の散乱光を受信する。被検領域２１に凹凸があると、散乱光が変化するので、受光センサ２４による散乱光量に基づいて路面から突出している障害物の有無及びその大きさ，形状等を判定することができる。

以上の障害物検出機構２０を利用して、ダンプトラック１の走行方向における前方位置の路面の状況を検出することができる。即ち、路面の状態によっては、ダンプトラック１が走行できない状態となっていることがあり、またダンプトラック１が直進することができず、ステアリング操作が必要なこともある。このように、ダンプトラック１が直進できない状況となっていると、停止させるなり、ステアリング操作を行うなりといった回避動作を行うが、このために障害物検出機構２０を用いることができ、この障害物検出機構２０によるレーザパルスの照射位置は路面の斜め前方とし、またダンプトラック１が走行できる道幅の全体をカバーさせる。

この障害物検出機構２０は、ダンプトラック１に組み込むに当っては、各機構を一体構成とした障害物検出部ユニット３０として構成し、その具体例を図４に示す。障害物検出部ユニット３０は、ダンプトラック１においては、図１にあるように、建屋構造部６Ｒ、６Ｌの間の位置で、エアクリーナ７の装着部の上部位置に配置される。障害物検出装置３０は支持板体３１の上下にレーザ保持部３２と回転駆動部３３とを所定の間隔だけ離間した位置に装着する構成となし、これらレーザ保持部３２と回転駆動部３３との間にレーザパルスの入出射領域が確保される。レーザ保持部３２にはパルスレーザ出射装置３４が装着されている。また、回転駆動部３３には、図示しないモータにより回転駆動される回転体３５が設けられており、この回転体３５にはハーフミラー３６が装着されると共に、受光センサ３７が設けられている。

レーザパルス出射装置３４からの光路と、回転駆動部３３の回転中心とはほぼ一致しており、このレーザパルス出射装置３４から出射されるパルスレーザは一部がハーフミラー３６に反射して、被検領域に向けて照射されることになる。そして、被検領域の表面からの反射光は散乱するが、この散乱光の一部がハーフミラー３６を透過することになる。このハーフミラー３６を透過した散乱光は受光センサ３７により受光されるが、この受光センサ３７には集光レンズが装着されている。

ここで、図５に示したように、障害物検出部ユニット３０は支持板体３１と対面する方向は死角となるが、この死角範囲を除いた広い角度範囲にわたってレーザ光を照射することができるものである。障害物の検出は走行路１２の路面において、その道幅に限定されることから、回転駆動部３３による回転体３５は一方向に回転させることによって、この走行路１２の路面全体を走査することは可能である。ただし、所定角度分だけ往復回動させるようにしても良い。

路面に対してレーザ光を走査させることにより、路面上に障害物の有無を検出するが、このためにダンプトラック１が走行する間に、障害物検出部ユニット３０を駆動して、回転体３５を回転させながら、レーザパルス出射装置３４からレーザパルスを出射させる。その結果、図６に示したように、走行路１２の路面が走査される。ここで、車両の進行方向をＹ方向とし、道幅方向をＸ方向としたときに、Ｘ方向においては、レーザパルスの走査間隔がレーザスポットのピッチ間隔となる。一方、Ｙ方向におけるレーザスポットのピッチ間隔は車両の進行速度により変化する。即ち、車両が高速で走行する際には、Ｙ方向のレーザスポットのピッチ間隔は広くなり、車両が低速で走行する際には、ピッチ間隔が広くなる。

一般的なＬＩＤＡＲシステムでは、図７に示したように、レーザパルスの照射方向を一定角速度ωで回転させながら、速度Ｖで走行させたときにおいて、一定時間間隔ΔＴでレーザ照射と検出を繰り返すことから、計測は一定角度分解能Δθ毎に得られることになる。ΔＴは一定であるとすると、ｔ=Ｔ_０において、ある角度θ方向にレーザを照射した後、次に同じ角度θ方向にレーザパルスを照射するまでの時間を計測周期Ｔｈとすると、計測周期Ｔｈと計測分解能Δθとの間にはΔθ・Ｔｈ=2π・ΔＴの関係になる。すなわち、ＴｈとΔθとの間に反比例の関係がある。

ここで、図８及び図９において、計測点Ｐ１−Ｐ２，Ｐ１−P１´，Ｐ２−Ｐ２´間の２方向の距離（進行方向の距離ΔＹ、進行方向と直交する方向の距離ΔＸ）としたときに、距離ΔＹは計測周期Ｔｈ間の間隔であり、ダンプトラック１の走行速度Ｖと回転駆動部３３による回転体３５の回転速度に基づくものであり、回転駆動部３３の回転速度が一定であるとすれば、ダンプトラック１の走行速度Ｖにより変化する計測周期ＴｈがΔＹに相当する。また、図８（ａ）で示したように、レーザパルス出射装置３４の路面からの高さをＨ、ピッチ間隔をρ、レーザ照射方向をθ、計測分解能をΔθとしたときに、同図（ｂ）に示したように、路面上のレーザスポットのＸ方向のピッチ間隔、つまり距離ΔＸはH／cosρ｜tanθ−tan(θ+Δθ)｜に基づいて演算される。

ここで、図９及び図１０に示したように、ダンプトラック１の走行中における距離ΔＸ及びΔＹの最大値ΔＸ_MAX、ΔＹ_MAXを取るのは走行路１２における路肩若しくはその近傍位置である。そこで、路面上において、検出すべき障害物の大きさについて、ダンプトラック１の最高走行速度であっても、図１０においてＥで示した位置の大きさを評価値Ｅとした場合、Ｅ＝ΔＸ_MAX・ΔＹ_MAXが所定の範囲内であれば確実に検出できるように設定する。

なお、評価値Ｅに関しては、Ｅ＝ΔＸ_MAX・ΔＹ_MAXでなく、Ｅ＝ΔＸ_MAX＋ΔＹ_MAXや、ΔＸ_MAXとΔＹ_MAXのうち大きいほうで評価する方法などもあり、目的によって選定するのがよい。以上のことから、ダンプトラック１の走行中に所定の大きさの障害物Ｂを検出するには、その走行速度に応じて障害物検出部ユニット３０の回転駆動部３３により駆動されるレーザパルス出射装置３４の回転速度を調整する。これによって、所望の大きさの障害物Ｂを検出することができるようになる。このダンプトラック１の走行速度は、後述する自己位置計測装置４２から得られるデータに基づいて計算することができるものである。これらにより走査間隔調整手段が構成される。ここで、以下においては、障害物Ｂについて、その大きさを基準として、走査間隔を設定する構成としたものとして説明するが、要するにダンプトラック１の走行速度により走査間隔が変化するのを防止するものであって、必ずしも障害物Ｂの大きさのみを基準するものではなく、他の要素を勘案して走査間隔を設定することもできる。

次に、図１１に基づいて障害物検出システムの構成について説明する。同図において、４０は障害物検出システムの概略構成図である。この障害物検出システム４０は、走行路１２の路面上に所定の大きさ以上の障害物Ｂが存在しているか否かを検出するためのシステムである。ここで、ダンプトラック１の走行時の安定性を確保するためのものであり、障害物Ｂが路面上に位置しており、前輪３または後輪４がこの障害物Ｂ（図１０参照）により走行不能となる大きさのものである場合には、走行を停止させるが、ステアリング操作により障害物Ｂを避けるようにして走行できる場合もある。

ところで、図１２に示したように、走行路１２においては、ダンプトラック１が直進走行するエリアをエリアＳとした時に、このエリアＳの左右両側にエリアＬ，エリアＲが存在する場合、エリアＴ，Ｒはダンプトラック１の前方に障害物Ｂが位置しており、直進走行していたのでは、この障害物Ｂと衝突するが、矢印Ｔまたは矢印Ｓで示したように、エリアＴまたはエリアＳの方向にステアリング操作を行えば、前輪３，後輪４が障害物Ｂに乗り上げないようにして走行できることが可能となる場合がある。従って、ダンプトラック１に装着される障害物検出システム４０はダンプトラック１の走行方向の前方において、所定の大きさの障害物Ｂを検出したときには、この障害物Ｂを避けるようにして走行できる場合には、ステアリング操作が行われ、また走行できない障害物Ｂが存在する場合には、ブレーキ操作することにより車両を停止させる。

そこで、図１１に示した障害物を検出するシステム構成において、４０は車両本体１ａに対する障害物Ｂの相対位置を計測する計測システムであり、この計測システム４０と交通管制センタ１５とは無線通信により信号の授受をできるようになっている。

４０は、障害物を検出するために、図４に示した障害物計測部４１を備えるものである。また、車両本体１ａの位置及び姿勢を計測するための自己位置計測部４２と、障害物Ｂの相対位置や路面路幅，対向車の存在に基づいて、車両本体１ａの進行方向や走行速度を変更させる車体運動制御部４３を有している。さらに、交通管制センタ１５との間で通信を行うための通信部４４を備えている。

障害物計測部４１には、障害物検出部ユニット３０と、この障害物検出部ユニット３０による測定結果に基づき、障害物Ｂのダンプトラック１に対する相対位置を測定する障害物計測部４１ａと、路面Ａの周囲の外部座標系での障害物位置、障害物形状に関する障害物データを記憶する記憶部としての障害物記憶部４１ｂとを備えている。

障害物検出部ユニット３０は、障害物計測部４１ａに接続され、障害物計測部４１ａは、障害物記憶部４１ｂに接続されている。障害物検出部ユニット３０は、図１に示すように、これら障害物検出部ユニット３０から照射するレーザ光が到達する路面Ａ上の計測点がなす直線である走査方向としての交線Ｌが、それぞれ路面Ａの幅方向（路幅Ｘ方向）に沿うように設定されている。また、障害物検出部ユニット３０は、レーザ光の照射方向を予め定めた所定の角度、例えば０．２５度毎に徐々に変化させて路面Ａ上の計測点を走査していき、この障害物検出部ユニット３０によるレーザ光の走査面において、所定の角度毎の路面Ａまでの距離を計測する。

さらに、障害物計測部４１は、障害物検出部ユニット３０で検出した障害物情報と、障害物記憶部４１ｂに記憶させた障害物データとを比較する比較部４１ｃを備え、比較部４１ｃでの比較に基づき，その障害物が設置物などの静止障害物なのか，若しくは車両などの動的障害物なのかといった障害物データの属性情報を更新する。

自己位置計測部４２は、車両本体１ａの、例えば前輪３の回転速度を計測するための車輪速計測部４２ａと、車両本体１ａの運転室２に設けられたハンドル（図示せず）の操舵角度を計測するための操舵角計測部４２ｂと、車輪速計測部４２ａにて計測した回転速度結果及び操舵角計測部４２ｂにて計測した操舵角結果に基づいて、車両本体１ａの走行速度、前輪３の角速度、地面に固定された座標系での車両本体１ａの位置及び姿勢を算出するための自己位置演算装置４２ｃとを備えている。車輪速計測部４２ａは、例えば前輪３の回転速度を検出するための速度センサ等である。操舵角計測部４２ｂは、ハンドルの操舵角を検出することができる変位センサ等である。

自己位置計測側部４２は、車両本体１ａの自己位置を補正するための自己位置補正装置４２ｄを備えている。自己位置補正装置４２ｄは、車両本体１ａの位置及び姿勢をより高精度に計測するためのものであり、例えば慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit)や、ＧＰＳ（Global Positioning System）等で構成されている。車輪速計測部４２ａ、操舵角計測部４２ｂ及び自己位置補正装置４２ｄは、自己位置演算装置４２ｃにそれぞれ接続されている。

車体運動制御部４３は、車両本体１ａの走行速度を低下させたり停止させたりする制動装置４３ａと、ダンプトラック１の後輪４に対する回転トルク指令値を制限するための駆動トルク制限装置４３ｂと、障害物Ｂを避けるための操舵制御装置４３ｃと、走行路の経路やその路面Ａの路幅、対向車情報等の地図データが記憶されたデータ記憶部４３ｄと、制動装置４３ａによる制動量、駆動トルク制限装置４３ｂによる制限量、及び操舵制御装置４３ｃによる制御量を算出するための車両制御装置４３ｅを備えている。車両制御装置２３ｅは、データ記憶部４３ｄに記憶された地図データに基づき、車両本体１ａの障害物Ｂまでの距離や走行速度を制限することを目的として、制動装置４３ａによる制動量、駆動トルク制限装置４３ｂによる制限量、及び操舵制御装置２３ｃによる制御量を算出する。

制動装置４３ａとして、例えば後輪４の回転を制動させるディスクブレーキ等の機械的構造のメカニカルブレーキである。駆動トルク制限装置４３ｂは、例えば後輪４の回転に対して電気的な抵抗を掛けて制動させる電気ブレーキ等のリターダブレーキである。データ記憶部４３ｄに記憶された地図データとしては、走行路の側部に設けられている路肩形状等の路肩情報も記憶されている。車両制御装置４３ｅには、データ記憶部４３ｄに記憶されている地図データ、自己位置演算装置４２ｃにて演算された自己位置情報、及び障害物計測部４１ａにて計測された障害物情報が入力される。車両制御装置４３ｅは、制動装置４３ａ、駆動トルク制限装置４３ｂ及び操舵制御装置４３ｃのそれぞれに接続されている。

通信部４４は、自己位置演算部４２ｃに接続され、自己位置演算部４２ｃにおいて演算したダンプトラック１の自己位置情報を交通管制センタへ送信する。通信部４４は、障害物記憶部４１ｂ及びデータ記憶部４３ｄに接続され、障害物記憶部４１ｂに記憶されている障害物位置データや、データ記憶部４３ｄに記憶されている地図データを、通信部４４を介して出力できる構成とされている。

交通管制センタ１５は、ダンプトラック１に搭載された通信部４４との間で情報を送受信するための通信装置５１と、走行路の障害物形状等の障害物マップが記憶される障害物データ記憶部５２と、ダンプトラック１の通信部４４から通信装置５１に送信されてくる障害物情報と、障害物データ記憶部５２に記憶されている障害物マップとを比較する比較部としての障害物比較装置５３と、障害物比較装置５３での比較により障害物情報が障害物マップと相違する場合に、その障害物情報のうちの障害物変化情報を記憶させるための変化データ記憶部５４と、が備えられている。

次いで、計測システム４０による障害物検出処理について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１３は、ダンプトラック１の障害物検出部ユニット３０による障害物検出を示す図であり、（ａ）は障害物検出時のレーザパルスＰＬによる走査状態を示す概略斜視図で、（ｂ）は障害物検出位置Ｐを示すグラフである。ここで、図１３の（ａ）は、ダンプトラック１が走行路上の障害物Ｂを検出しながら走行している様子を示しており、図１３の（ａ）中の破線は、障害物検出部ユニット３０及び障害物計測部４１にて求められる障害物位置を示す。図１４は、ダンプトラック１による障害物検出処理を示すフローチャートである。

まず、障害物検出部ユニット３０により走行路１２の路面上の障害物Ｂを計測し、これら路面の位置と障害物Ｂについての測距データを取得する（ステップＳ１、以下単に「Ｓ１」等と示す。）。このＳ１にて取得した測距データに基づいて、図１３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、障害物検出部ユニット３０による走査面と路面Ａと交差する交線Ｌを、路肩計測部４１ａにて算出する（Ｓ２）。

この後、障害物計測部４１は、Ｓ２にて算出した交線Ｌから所定の距離Ｈ以上離れた測定点を、障害物計測点Ｐｎとする（図１３においては，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が障害物計測点である。）（Ｓ３）。そして、ダンプトラック１の走行中に障害物計測点Ｐｎに所定の大きさ及び形状の障害物を検出すると（Ｓ４），この障害物計測点Ｐｎの相対位置とダンプトラック１の現在位置から，障害物計測点Ｐｎの絶対位置を算出する（Ｓ５）。ここで、ダンプトラック１の現在位置は通信衛星１７に基づいて測定される。そして，障害物計測点Ｐｎの絶対位置を障害物記憶部４１ｂに記憶させる（Ｓ６）。
一方、車両速計測部４２ａにて計測した回転速度結果と、操舵角計測部４２ｂにて計測した操舵角結果とに基づき、自己位置補正装置４２ｄにて補正されたダンプトラック１の走行速度、前輪３の角速度、地面に固定された座標系でのダンプトラック１の位置及び姿勢が自己位置演算部４２ｃにて算出されて自己位置推定されている。そして、自己位置演算部４２ｃにて演算されたダンプトラック１の位置と，障害物記憶部４１ｂに記憶させたダンプトラック１の周囲の障害物の位置から，障害物までの最短距離が、所定の距離Ｄよりも大きいか判断される（Ｓ７）。

Ｓ７により、自己位置演算部４２ｃにて求めた位置と，障害物記憶部４１ｂに記憶させたダンプトラック１の周囲の障害物の位置との距離が，所定の距離Ｄよりも大きいか判断された（Ｓ７におけるＹＥＳ）場合は、図１４に示す障害物検出処理が終了となる。一方、Ｓ７により、自己位置演算部４２ｃにて求めた位置と，障害物記憶部４１ｂに記憶させたダンプトラック１の周囲の障害物の位置との距離が，所定の距離Ｄよりも小さいと判断された（Ｎｏ）と判断された場合では、障害物に衝突する危険があると判断されたときにあっては、この障害物を回避してダンプトラック１を走行させることができるか否かを判断する（ステップ８）。回避可能な場合には、操舵等によりダンプトラック１に回避行動を取らせる（ステップ９）。回避動作を行うことができないと判断されたときには、車体運動制御部４３の制動装置４３ａ及び駆動トルク制限装置４３ｂを制御してダンプトラック１の走行を停止させる（ステップ１０）。

さらに、走行路において、レーザスポットのＸ方向及びＹ方向のグリッドマップを作製して、走行路面上の障害物の有無をこのグリッドマップで管理し、未検出のグリッドができるだけ少なくなるように、角度分解能Δθ（または、計測周期ΔＴ）を設定する。このグリッド情報を記録することで、走行路面の管理やメンテナンスを効率的に実施できるようになる。また、ダンプトラック１は概略同一の走行路面を走行することになるので、同一のダンプトラック１及び複数のダンプトラック１から同一走行路面において同じ位置のグリッド情報が繰り返し得られる。しかも、ダンプトラック１は往復走行するものであり、往路走行中で走査した位置が復路でも同じ位置を走査することも可能である。従って、走行路面を往復する部位のグリッド情報を取得することも可能である。これらのグリッド情報を蓄積するように設定すれば、グリッドマップはより完全なものになり、未知検知領域を最小限に抑制することができる。

次に、図１５及び図１６は、発明の第２実施形態に係るダンプトラック１を示す概略構成図である。ダンプトラック１は、第１の実施形態と同様、車両本体１ａと、車両本体１ａ上に起伏可能に設けられた作業部としてのベッセル１ｂとを有し、また車両本体１ａの前側上方に運転室２が設けられている。そして、走行可能に支持する左右の前輪３及びび後輪４を備えた構成とされている。また、上側デッキ５の下側の中央部には、一対の建屋構造物６Ｌ，６Ｒが所定間隔を空けて設けられ、これら建屋構造物６Ｌ，６Ｒ間にラジエータ等の熱交換装置が設置されている。各建屋構造部６Ｌ，６Ｒの間の位置には、車両本体１ａの走行方向の一側、例えば走行方向前方に存在する障害物Ｂの一部の相対位置を検出するために、計２台の障害物検出部３０Ｌ，３０Ｒがそれぞれ取り付けられている。

本第２実施形態においては、第１の実施形態と同様、ＬＩＤＡＲシステムにより障害物の検出を行うものであり、この場合、２台の障害物検出部３０Ｌ，３０Ｒはダンプトラック１の走行方向と直交する方向にレーザパルスの走査を行うのではなく、斜め方向に走査ラインＸＬ，ＸＲが設定されるようにしている。そして、この場合には、走査ラインＸＬとＸＲとは所定の位置で交差することになり、この交差位置Ｑを基準として、障害物検出の実行は走査ラインＸＬについては、交差位置Ｑから一方の路肩、つまり左側の路肩まで、走査ラインＸＲについては、交差位置Ｑから他方の路肩、つまり右側の路肩までについて、障害物検出を行うようにしている。

障害物を検出する領域上の計測点間の２方向の距離（進行方向の距離ΔＹ、進行方向と垂直な方向の距離ΔＸ）のうち、最大となるものに着目し、評価値Ｅ＝ΔＸ_MAXΔＹ_MAXを評価関数とするが、角度分解能Δθ（または、計測周期ΔＴ）だけでなく、走査ラインＸｌ，ＸＲについて、交差位置Ｑにおける交差角αを適切に決定することで、より小さい障害物を確実に検出できるようになる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するためのものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものだけに限定されるものではない。

１ ダンプトラック
１ａ 車両本体
１ｂ ベッセル
２ 運転室
６Ｌ，６Ｒ 建屋構造物
１２ 走行路
３０ 障害物検出部ユニット
３３ 回転駆動部
３４ レーザパルス出射装置
３５ 回転体
３７ 受光センサ
４０ 障害物検出システム
４１ 障害物計測部
４２ 自己位置計測部
４２ａ 車輪速計測部
４２ｂ 操舵角計測部
４３ 車体運動制御部

Claims (4)

1. 運搬用車両に設けられ、この運搬用車両の走行方向の前方位置の路面に向けてレーザパルスを照射して、路面からの反射光を受光するレーザ装置と、
   このレーザ装置からのレーザパルスの照射位置を前記運搬用車両の走行方向と交差する方向に走査させるレーザパルス走査手段と、
   前記運搬車両の走行速度Ｖと、走査始点位置から走査終点位置までの走査時間と次の走査期間の開始までの周期とからなる計測周期時間Ｔｈとに基づいて、前後のレーザパルスの走査ライン間の走査間隔を測定するようになし、前記運搬用車両の走行速度が変化しても、前記走査間隔が所定値を超えないように前記計測周期時間Ｔｈを変化させる走査間隔調整手段と
   を有する運搬用車両の障害物検出装置。
2. 前記レーザ装置の路面からの高さをＨ、ピッチ間隔をρ、レーザ照射方向をθ、計測分解能をΔθとして、路面上のレーザスポットのピッチH／cosρ｜tanθ−tan(θ+Δθ)｜間隔と、前記走査間隔V×Ｔｈとからなる計測メッシュの大きさとが各々所定値を超えないように前記計測周期時間Ｔｈを変化させることを特徴とする請求項１記載の運搬用車両の障害物検出装置。
3. 前記路面上の障害物をグリッドマップに記録して、前記路面の計測が繰り返される毎にグリッドマップデータを蓄積することによって、このグリッドマップの未知検知領域を減らすように、前記計測周期時間Ｔｈを変化させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の運搬車両の障害物検出装置。
4. 前記レーザ装置は前記運搬用車両の左右両側に一対配置して、レーザパルスの走査方向を交差するようにしてレーザパルスを照射するように構成したことを特徴とする請求項１記載の運搬車両の障害物検出装置。

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