JP4605805B2 - 車両の走行管制装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の無人車両または有人車両が走行する走行路の走行を管制する車両の走行管制装置に関する。

広域の鉱山現場などでは、片道数十Ｋｍにわたってダンプトラックによって鉱石を搬送する必要がある。この種の作業には無人車両が広く使用されている。無人車両にはＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）等の位置計測装置が搭載され、この位置計測装置で計測された位置と、記憶されたコースデータ上の位置とを比較しつつ両者が一致するように制御される。これにより無人車両は予め決められたコースに沿って走行する。

上記鉱山現場における走行路上には、無人車両（ダンプトラック）以外にも、グレーダおよび散水車などの作業車、エクスカベータなどを搬送する搬送車、オペレータを輸送したり保守作業を行うライトビークルなど各種車両が存在している。

これら各種車両の速度は極端に異なることが多い。グレーダのように作業中の速度が７ｋｍ／ｈ前後と極端に遅い車両もあれば、ダンプトラック、ライトビークルなどの車両のように高速（５０ｋｍ/ｈ程度）で走行する車両もある。このため速度の高い車両にとって速度の低い車両の存在は、走行の障害となることがある。また車両の前方に故障車両が存在している場合や落石等の障害物が存在している場合にも、走行の障害となる。

このためダンプトラック（無人車両）の前方に、グレーダが存在し、極端に低速で補修作業を行っている場合や、ダンプトラック（無人車両）の前方で故障車両や落石などが発生した場合には、グレーディング作業が終了するまで、あるいは障害物が除去されるまで、ダンプトラックによる搬送作業などを中断せざるを得なかった。搬送作業の中断は作業効率の低下を招く。特に雨の多い季節にはグレーディング作業を頻繁におこなう必要があり作業効率の低下は顕著なものとなる。

そこで従来より無人車両の前方に障害物が存在している場合にこの障害物を障害物センサで検出して検出結果に基づいて障害物を回避する経路を探索してその回避経路を走行させるという発明が、種々特許出願されており既に公知になっている。

たとえば特許文献１には、障害物センサで障害物が発見された場合に、車両の向きを変更させて障害物の存在しない方向を探査し、探査した方向に向かって車両を移動させるという発明が記載されている。

また特許文献２には、障害物が前方に存在していない場合には、路面に設けたガイドに沿って無人車両を走行させ、障害物センサで障害物が検出された場合には、ガイドから外れた迂回経路を設定し、この迂回経路に沿って無人車両を走行させるという発明が記載されている。

しかしこれら従来技術は、屋内のように走行路の距離が短く走行路の走路の路肩などに無人車両が走行できる平坦かつ十分な広さのスペースが確保されることを前提としている。鉱山現場のように走行路の距離が片道数十Ｋｍと長く車両の追い越しなどを行うための平坦かつ十分な広さのスペースを確保することができない屋外作業現場にはそのまま適用することができない。

また、たとえ走行路の両側に平坦な追い越し領域を設けることができたにしても、重量の大きいダンプトラックの場合には路肩が崩れるおそれがある。すなわちダンプトラックは積み荷の状態で重量が２００ｔを超える。このため脆弱で何らメンテナンスされていない路肩を走行する場合にはタイヤがスタックしたり、最悪の場合には路肩の崩壊によって車両が滑落するおそれもある。また路肩の路面の状態を正確にセンシングすることは現実には困難である。

広域の鉱山現場では一般に往復２車線の走行路を造成することが多い。このため前方に障害物が存在している場合にその障害物を追い越して対向車線を走行させることが考えられる。対向する路面はメンテナンスがなされているため路肩のようにメンテナンスが不十分なことに起因するスタック、崩壊などの上記問題は生じない。しかし車両を対向車線上で走行させるようにすると、対向車両と正面衝突する危険が生じる。

ここで対向車線を走行する対向車両が有人車両である場合には、無人車両が対向車線にはみ出すことを事前に予期することができない。このため正面衝突の危険を回避することはできない。また対向車両が無人車両である場合にも、車両に搭載した障害物センサで追い越しを行っている車両の存在を確認してからでは安全な位置で停止することができない。これは障害物センサの有効検出距離に上限があるためである。停止中の障害物については障害物センサで検出してから十分な停止距離をとって安全に停止することができるが、高速で走行中の車両を障害物センサで検出してからでは十分な停止距離を確保して安全に停止することはできない。このため正面衝突の危険を回避することはできない。

以上のように従来技術では、車両を対向車線上で走行させて前方の障害物を回避させようとすると対向車両は十分な停止距離を確保することができず正面衝突を生じるおそれがあった。

さて工場等の屋内を走行する無人車両と異なり、鉱山現場のように屋外を走行する無人車両の走行条件は外部の様々な要因によって変化する。

たとえば車両が走行する走行路上に故障車や落石などの障害物が発生するだけでなく、降雨や霧の発生によって走行路の路面が悪化したり、障害物センサの有効距離が短くなる場合もある。また鉱山現場においては、走行路の路面の舗装状況によって路面の一部だけがぬかるんだり滑りやすくなることもある。

したがってかかる走行路の状態変化などを考慮して安全性を保持できるように車両の位置、速度などの走行条件を変更する必要が生じる。

従来の広域作業現場では、車両の走行条件に変更が生じた場合に、監視局で広域の走行路全体分の走行条件のデータを新たに作成し直し、この作成し直したデータを全ての車両に送信するようにしていた。
特開昭６２−８８００６号公報 特開平９−２６９８２８号公報

上記広域の走行路全体の走行条件のデータを全車両に送信しようとすると無線負荷はきわめて大きくなる。そこで一時的に全ての車両を停止させた上でデータを全車両に送信するという手法がとられる。しかし全車両の一時停止は生産効率が低下するという問題を引き起こす。また全車両を一時停止させる手法をとる代わりに上記広域の走行路全体の走行条件のデータを小さいサイズのデータに直して長時間をかけて送信するという手法がとられる。しかし小さいサイズのデータを長時間かけて送信すると、データの変更がすべて完了するまでの時間遅れが多大なものとなる。このためデータ変更の遅れによって車両間で干渉が生じるなどの安全上の問題を引き起こす。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、走行条件の設定、変更があった場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようにすることを第１の解決課題とするものである。

ところで無人車両の走行路を横切るように、有人車両の走行路が一時的に設けられる場合がある。この場合無人車両をその一時的に設けられた走行路の手前で一時的に停止させる必要がある。しかしこの場合にも監視局で広域の走行路全体分の走行条件のデータを新たに作成し直し、この作成し直したデータを全ての車両に送信するようにしていた。

このため上述したように全車両停止による生産効率の低下という問題が生じたり、データ変更の遅れによる安全上の問題が生じたりしていた。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、車両を一時停止させる必要が生じた場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようにすることを第２の解決課題とするものである。

そこで本発明の第１発明は、上記第１の解決課題を達成するために、
車両が走行する走行路の走行条件を監視局で設定し前記監視局から前記車両に対して前記走行条件に応じた走行指令を与える車両の走行管制装置において、
前記走行路の一部の区間における上限速度を設定する上限速度設定手段と、
前記一部の区間に対応づけて前記設定された上限速度を含む走行条件を、前記車両に対して走行指令として与える指令手段を具え、
前記車両は、
前記指令手段から走行指令が与えられた場合に、前記一部の区間では、前記上限速度を超えない速度で前記走行路を走行すること
を特徴とする。

上記第１発明を図４に対応させて説明する。

すなわち第１発明によれば、走行路の一部の区間４７における上限速度が設定される。そして一部の区間４７に対応づけて設定された上限速度を含む走行条件が、車両に対して走行指令として与えられる。車両は走行指令が与えられた場合に、一部の区間４７では、上限速度を超えない速度で走行路を走行する。

このように第１発明によれば走行路全区間の走行条件を新たに作成し直すことなく、一部の区間４７に対応づけられた走行条件を新たに作成して走行指令として与えるだけでよいので、データの送信負荷は最小となる。このため走行条件の設定があった場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようになる。

また本発明の第２発明は、
車両が走行する走行路の走行条件を監視局で変更し前記監視局から前記車両に対して前記変更された走行条件に応じた走行指令を与える車両の走行管制装置において、
前記走行路の一部の区間における走行速度を変更する走行速度変更手段と、
前記一部の区間に対応づけて前記変更された走行速度を含む走行条件を、前記車両に対して走行指令として与える指令手段とを具え、
前記車両は、
前記指令手段から走行指令が与えられた場合に、前記一部の区間では、前記変更された走行速度で前記走行路を走行すること
を特徴とする。

上記第２発明を図４に対応させて説明する。

すなわち第２発明によれば、走行路の一部の区間４７における走行速度が変更される。そして一部の区間４７に対応づけて変更された走行速度を含む走行条件が、車両に対して走行指令として与えられる。車両は、走行指令が与えられた場合に、一部の区間４７では、変更された走行速度で走行路を走行する。

このように第２発明によれば走行路全区間の走行条件を新たに作成し直すことなく、一部の区間４７に対応づけられた走行条件を新たに作成して走行指令として与えるだけでよいので、データの送信負荷は最小となる。このため走行条件の変更があった場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようになる。

また本発明の第３発明は、
車両の進行方向に対して横方向に作用する横方向加速度に応じて前記車両がスリップする走行路に適用され、前記車両が走行する走行路の走行条件を監視局で設定し前記監視局から前記車両に対して前記走行条件に応じた走行指令を与える車両の走行管制装置において、
前記走行路の一部の区間における横方向加速度の上限値を設定する横方向加速度設定手段と、
前記一部の区間に対応づけて前記横方向加速度に対応する上限速度を含む走行条件を、前記車両に対して走行指令として与える指令手段とを具え、
前記車両は、
前記指令手段から走行指令が与えられた場合に、前記一部の区間では、前記上限速度を超えない速度で前記走行路を走行すること
を特徴とする。

上記第３発明を図４に対応させて説明する。

すなわち第３発明によれば、走行路の一部の区間４７における横方向加速度の上限値が設定される。そして一部の区間４７に対応づけて横方向加速度に対応する上限速度を含む走行条件が、車両に対して走行指令として与えられる。車両は、走行指令が与えられた場合に、一部の区間４７では、上限速度を超えない速度で走行路を走行する。

このように第３発明によれば走行路全区間の走行条件を新たに作成し直すことなく、一部の区間４７に対応づけられた走行条件を新たに作成して走行指令として与えるだけでよいので、データの送信負荷は最小となる。このため走行条件の設定があった場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようになる。

また本発明の第４発明は、上記第２の解決課題を達成するために、
車両が走行する走行路の走行条件を監視局で設定し前記監視局から前記車両に対して前記走行条件に応じた走行指令を与える車両の走行管制装置において、
前記車両が走行を停止すべき停止地点を、前記走行路上の一地点に設定する停止地点設定手段と、
前記停止地点を含む走行条件を、前記車両に対して走行指令として与える指令手段を具え、
前記車両は、前記指令手段から走行指令が与えられた場合に、前記停止地点では、走行を停止すること
を特徴とする。

上記第４発明を図４に対応させて説明する。

すなわち第４発明によれば、車両が走行を停止すべき停止地点が、走行路上の一地点４９に設定される。そして停止地点４９を含む走行条件が、車両に対して走行指令として与えられる。車両は、走行指令が与えられた場合に、停止地点４９では、走行を停止する。

このように第４発明によれば走行路全区間の走行条件を新たに作成し直すことなく、一地点４９に対応づけられた走行条件を新たに作成して走行指令として与えるだけでよいので、データの送信負荷は最小となる。このため車両を一時停止させる必要が生じた場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようになる。

また本発明の第５発明は、上記第１発明から第４発明において、
前記車両は、
前記指令手段から走行指令が与えられた場合に、前記一部の区間において指令された走行速度になるように、または前記停止地点で走行停止されるように、走行速度を徐々に減速すること
を特徴とする。

すなわち第５発明によれば、車両は走行指令が与えられた場合に、一部の区間４７において指令された走行速度になるまで走行速度を徐々に減速する。また停止地点４９で走行停止されるまで走行速度を徐々に減速する。このため車両が急減速により不安定な走行状態になり横転等することが防止される。

以下図面を参照して、この発明に係る車両の走行管制装置の実施の形態について説明する。

実施形態の車両走行管制システムは、監視局３０が無人車両１０および有人車両２０を管制するように構成されている。なお本実施形態ではダンプトラックで代表される無人車両１０、有人車両２０が広域の作業現場（鉱山現場など）に複数台存在し鉱石等の積み荷を搬送する作業を行う場合を想定している。広域作業現場には、無人車両１０、有人車両２０が走行する往復２車線の走行路が設けられている。

図１は実施形態の無人車両１０の構成を示す機能ブロック図である。また図２は実施形態の有人車両２０の構成を示す機能ブロック図である。また図３は実施形態の監視局３０の構成を示す機能ブロック図である。

図１に示すように無人車両１０は、通信装置１１と、位置計測装置１２と、障害物検知センサ１３と、上位コントローラ１４と、下位コントローラ１５とから構成されている。また図２に示すように、有人車両２０は、通信装置１１と、位置計測装置１２と、車両制御装置２１と、表示装置２２とからなる。各車両１０、２０は、位置計測装置１２で計測された自車両の位置、速度およびその他の走行状態を定期的に、また走行路上の予め定められた位置を通過するごとに監視局３０に通信装置１１を介して報告する。

すなわち通信装置１１は、低速ではあるが広範囲で通信を行うことができる無線チャンネル１と、高速でかつ局所的範囲で通信を行うことができる無線チャンネル２という２つの無線チャンネルとからなる。したがって無線チャンネル１を用いることにより監視局３０との間で通信を行うことができる。また無線チャンネル２を用いることにより車両相互間で通信を行うことができる。

位置計測装置１２には、ＧＰＳによる位置計測装置が設けられている。ＧＰＳではＧＰＳ衛星から送信される電波を受信することにより車両１０、２０の現在位置が計測される。また車両１０、２０の前輪の回転数を計測する前輪回転数計測装置、車両１０、２０の後輪の回転数を計測する後輪回転数計測装置、車両１０、２０の方位を計測するジャイロ（例えば光ファイバジャイロ）が設けられている。上記前輪および後輪の回転数計測装置で計測された車輪回転数と、上記ジャイロで計測された車両方位とに基づいて自車両１０、２０の現在位置が計測される。また現在位置を逐次計測することにより車両１０、２０の現在速度ｖが計測される。

上位コントローラ１４および下位コントローラ１５は、走行路に沿って自車両１０を走行させる制御を行うコントローラである。

上位コントローラ１４は、自車両１０が走行すべき走行路を点列データ（コースデータ）として記憶するコースデータ記憶装置１４ａを有している。すなわち走行路は当該走行路上の各点Ｐ1、Ｐ2、…Ｐnを示す点列で表現される。そして各点Ｐ1、Ｐ2、…Ｐnにそれぞれ、Ｘ−Ｙ座標位置（Ｘ、Ｙ）、車両１０の方向角θ、車両１０の走行速度ｖが対応づけられてコースデータＰ1（Ｘ1、Ｙ1、θ1、ｖ1）、Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、θ2、ｖ2）、…Ｐn（Ｘn、Ｙn、θn、ｖn）が構成されている。障害物検知センサ１３は、無人車両１０の走行路上の障害物を検出するセンサである。

また上位コントローラ１４は、外部との無線通信を行う。また上位コントローラ１４には過去に監視局３０から指令された一定量のコースデータが保持されている。そして上位コントローラ１４は監視局３０から指令された目標位置および走行経路に従ってコースデータを選択する。

また上位コントローラ１４が指令された走行経路に対応するコースデータを保持していない場合や、保持するコースデータのチェックサムが指示された内容と異なる場合には、上位コントローラ１４は、コースデータの送信を監視局３０に対して要求する。

上位コントローラ１４は、車両１０の現在位置およびコースデータに基づいて、指示された許可領域内で所定の距離（約２００ｍ）だけ走行して停止する走行データを作成する。この走行データは、現在位置の変化にしたがって定期的（１秒ごと）に作成され、車内ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を経由して下位コントローラ１５に伝達される。監視局３０より許可領域が指示し直されない場合、この走行データは最終的には許可領域の終端まで移動して停車するデータとなる。

下位コントローラ１５は、上記走行データに基づいてステアリング、アクセルおよびブレーキを制御して車両１０の走行を制御する。無人車両１０の車両制御装置２１では下位コントローラ１５によってステアリング角度、ブレーキ、トランスミッションおよびエンジン回転数などが駆動制御される。有人車両２０の車両制御装置２１ではオペレータの操作に応じてブレーキ、エンジン回転数などが駆動制御される。また下位コントローラ１５は、この走行データと車両１０の現在位置、現在方向および傾きのデータとに基づいて、障害物検知センサ１３によって検出された障害物が走行路上にあるか否かを判定する。

有人車両２０の表示装置２２には、有人車両２０の現在位置、現在速度が表示される。

一方、監視局３０は、図３に示すように、通信装置１１と、記憶装置１２と、記憶装置３１と、行き先・経路設定部３２と、走行許可領域設定部３３と、作業中領域設定部／追い越し設定部３４と、走行条件設定部３５と、グラフィックコンソール３６とからなる。

記憶装置３１には、各積み込み機のサイクルタイム（積み込み機が１台の車両にかかる積み込み作業時間）、作動状況、積み込み中の鉱石の成分と、各ホッパ（鉱石処理施設）の時間当たりの処理能力、作動状況、処理中の鉱石の成分、ストックヤードの鉱石の成分、ストックヤードの許容容量、管理している各有人／無人ダンプトラック１０、２０の現在位置、作動状況、積み荷の有無、積み荷の内容などが記憶されている。

行き先・経路設定部３２は、記憶装置３１に記憶された各積み込み機のサイクルタイム（積み込み機が１台の車両にかかる積み込み作業時間）、作動状況、積み込み中の鉱石の成分と、各ホッパ（鉱石処理施設）の時間当たりの処理能力、作動状況、処理中の鉱石の成分、ストックヤードの鉱石の成分、ストックヤードの許容容量、管理している各有人／無人ダンプトラック１０、２０の現在位置、作動状況、積み荷の有無、積み荷の内容に応じて、各車両の行き先（目的位置）と、走行路の混み具合を考慮してその行き先まで最短時間で移動できる走行経路を作成し、対応する車両１０、２０に対して指令する。

走行許可領域設定部３３では、各車両の干渉を回避するため、各車両に対して、他の車両と干渉せずに走行することができる領域を走行許可領域として指示される。この走行許可領域は、車両の移動にしたがって随時計算され各車両に対して指示される。

作業中領域設定部／追い越し設定部３４では、走行路上で障害物、故障車両、低速車両などが障害物検知センサ１３で検出された場合またはグラフィックコンソール３６で設定された場合に、走行路上に作業中領域Ｅが設定される（図６（ａ）参照）。さらに設定された作業中領域Ｅを車両１０、２０が追い越すことができるように、追い越しコースが設定される（図６（ａ）参照）。

走行条件設定部３５では、無人車両１０および有人車両２０の走行条件が設定される。ここで走行条件とは上限速度、速度オーバーライト比率、上限横加速度値、一時停止などである。

グラフィックコンソール３６では、上記作業中領域Ｅおよび上記走行条件が設定される。グラフィックコンソール３６で設定された内容は表示画面に表示される。

図４はグラフィックコンソール３６の表示画面の表示例を示す図である。

図４において、黒塗りの正三角形４０は荷が積み込まれた状態の無人車両１０（無人ダンプ）を示し、白抜きの正三角形４１は空荷の状態の無人ダンプ１０を示し、白抜きの直角三角形４２は有人車両２０を示し、六角形４３はエクスカベータを示し、五角形４４はホイールローダを示し、上辺の長い台形４５はホッパを示し、長方形４６はストックヤード（仮置き場）を示している。

オペレータはグラフィックコンソール３６上で任意の範囲を設定してその範囲の走行条件を変更することができる。

すなわちオペレータが対角線上の２点Ａ、Ｂをマウスによって指示することにより、図中に破線で示した条件設定範囲４７が設定される。さらに条件設定範囲４７内における上限速度、速度オーバーライト比率、上限横加速度値が指示、設定される。

速度オーバライト比率とはコースデータＰ1（Ｘ1、Ｙ1、θ1、ｖ1）、Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、θ2、ｖ2）、…Ｐn（Ｘn、Ｙn、θn、ｖn）の速度ｖ（無人車両１０の場合）または現在の走行速度ｖ（有人車両２０の場合）を変更する比率のことである。現在の速度ｖに対する比率が設定され、現在の速度ｖに、この設定比率を乗算することにより現在の速度ｖが変更される。横加速度値とは車両１０、２０がスリップしないように指示、設定される車両１０、２０の進行方向に対する横（左右）方向の加速度のことである。横加速度は数値で指示することが可能である。また予め設定した３つの天候状態（好天、雨、どしゃ降り）にそれぞれ横方向加速度を対応づけておき、天候状態を選択することにより横方向加速度を設定してもよい。

また走行路上の２点４８、４９が順次指示されることにより車両１０、２０の一時停止位置および一時停止の方向が設定される。すなわち両点４８、４９を結ぶ方向５０に進行し最初に指示された点４８の近傍を通過し、次に指示された２点目４９で車両１０、２０が一時停止されるという走行条件が設定される。

監視局３０は、走行条件のタイプ（上限速度、速度オーバーライト比率、上限横加速度、一時停止）と条件設定範囲４７と設定値とが指示されると、条件設定範囲４７と設定値とを、上限速度指令、速度オーバーライト指令、上限横加速度指令、一時停止指令として、無人車両１０および有人車両２０に対して通信装置１１を介して送信する。

以下具体的に監視局３０から無人車両１０に対して、上限速度指令、速度オーバーライト指令、上限横加速度指令、一時停止指令の各指令が送信された場合の処理について説明する。

無人車両１０の通信装置１１で上記各指令が受信されると、上位コントローラ１４では、これら各指令に基づいて走行データが作成される。

すなわち条件設定範囲４７内の速度データが、指令内容に応じて変更される。また条件設定範囲４７の入口で指令された走行速度になるまで走行速度が徐々に減速されるように、条件設定範囲４７の手前の速度データが変更される。一時停止指令の場合には停止地点４９で走行停止されるように速度データが変更される。また停止地点４９で走行停止されるまで走行速度が徐々に減速されるように、一時停止地点４９の手前の速度データが変更される。

これら変更された速度データｖnewがコースデータＰ1（Ｘ1、Ｙ1、θ1、ｖ1）、Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、θ2、ｖ2）、…Ｐn（Ｘn、Ｙn、θn、ｖn）とは別にコースデータ記憶装置１４ａに記憶される。最終的に、変更された速度データｖnewによってコースデータＰ1（Ｘ1、Ｙ1、θ1、ｖ1）、Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、θ2、ｖ2）、…Ｐn（Ｘn、Ｙn、θn、ｖn）の速度データｖが更新される。

上位コントローラ１４では、コースデータ記憶装置１４ａに記憶されたコースデータと変更した速度データｖnewとが読み出され、走行データが作成される。そして上位コントローラ１４から下位コントローラ１５に走行データが伝達され、車両１０の走行が制御される。

以下上限速度指令、速度オーバーライト指令、上限横加速度指令、一時停止指令の各指令が送信された場合の処理について個別に説明する。

・上限速度指令上限速度指令が与えられると、上位コントローラ１４は、条件設定範囲４７内のコースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖと上限速度値ｖuとを比較し、コースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖが上限速度ｖuよりも高ければ、上限速度ｖuを新たな速度ｖnewとする。一方上位コントローラ１４はコースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖが上限速度ｖu以下であればコースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖを新たな速度ｖnewとする。このよう変更された速度データｖnewに従い走行データが作成される。

・速度オーバーライト指令上記速度オーバーライト指令が与えられると、上位コントローラ１４は下記（１）式の演算を行い、条件設定範囲４７内のコースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖにオーバーライト比率αを乗じた速度を新たな速度ｖnewとする。

ｖnew＝ｖ・α …（１）
このよう変更された速度データｖnewに従い走行データが作成される。

・上限横加速度指令上限横加速度指令が与えられると、上位コントローラ１４は上限横加速度値に対応する上限速度を演算する。この上限速度が新たな速度ｖnewとされる。

上限速度ｖnewの演算処理内容について図５を参照して説明する。

図５において走行路上の点をＳpとし、走行路上のつぎの点をＭpとする。

まず走行路上の点Ｓｐとその方位角とに基づいて、点Ｓpで車両１０の向きに直角で、かつつぎの点Ｍpの側を向く基準ベクトルｓｖが求められる。

次に基準ベクトルｓｖと、走行路上の点Ｓｐと、次の点Ｍｐとに基づいて、下記（２）式を用いて車両１０の旋回半径ｒが求められる。

ｒ＝｜Ｍｐ−Ｓｐ｜２／２（Ｍｐ−Ｓｐ、ｓｖ）…（２）
従って車両１０の横加速度ｇｄａｔａは、速度ｖと旋回半径ｒとを用いて下記（３）式から求められる。

ｇｄａｔａ＝ｖ２／２ｒ…（３）
上記（３）式で得られた横加速度ｇｄａｔａが上限横加速度値ｇｍａｘよりも大きい場合には、上限横加速度値ｇｍａｘ に対応する新たな速度ｖnewが下記（４）式から求められる。

ｖｎｅｗ＝√（２ｒｇｍａｘ）…（４）
また（３）式で得られた横加速度ｇｄａｔａが上限横加速度ｇｍａｘ以下の場合には、条件設定範囲４７内のコースデータＰ（Ｘ、Ｙ、ｖ）の速度ｖが新たな速度ｖnewとされる。

このよう変更された速度データｖnewを上限速度として走行データが作成される。

つぎに条件設定範囲４７の入口で、上記変更された速度ｖnewになるように徐々に減速する制御の内容について説明する。

図８に示すように条件設定範囲４７の手前の点Ｐiにおける速度をｖnewとし、条件設定範囲４７の入口の点Ｐ0における速度をｖ0とする。点Ｐiと点Ｐ0との間の距離をＳ、減速度をａとすると、条件設定範囲４７の手前の点Ｐiにおける速度ｖnewは下記（５）式から求められる。

ｖｎｅｗ＝√（Ｓａ＋ｖ０２）…（５）
なお条件設定範囲４７の手前のコースデータＰi（Ｘi、Ｙi、ｖi）の速度ｖiが、上記（５）式で求められた速度ｖｎｅｗよりも小さい場合には、コースデータＰi（Ｘi、Ｙi、ｖi）の速度ｖiがｖnewとされる。

こうして条件設定範囲４７の手前の各点Ｐiにおける速度データｖnewが求められる。

条件設定範囲４７の手前の各点Ｐiの速度データｖnewを求める場合について説明したが、一時停止地点４９で一時停止する場合にも同様にして一時停止点４９の手前の各点Ｐiの速度データｖnewが求められる。

以上のようにした新たに求められた速度データｖnewによって、コースデータＰ1（Ｘ1、Ｙ1、θ1、ｖ1）、Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、θ2、ｖ2）、…Ｐn（Ｘn、Ｙn、θn、ｖn）の速度データｖが書き換えられる。

そして上記新たに書き換えられたコースデータに従って車両１０は走行制御される。具体的には走行路の一部の区間（条件設定範囲）４７の入口で、変更された走行速度ｖ0になるまで走行速度が減速度ａをもって徐々に減速される。そして車両１０が走行路の一部の区間４７の入口に入るとこの一部の区間４７を上記変更された走行速度ｖ0で走行する。

あるいは車両１０は一時停止地点４９で走行停止されるまで走行速度が減速度ａをもって徐々に減速される。そして車両１０は一時停止地点４９で走行を停止する。

このように車両１０は徐々に減速されるので、急減速により後輪がスリップする等するなど不安定な走行状態になることが回避され、横転等されることが防止される。

また本実施形態によれば、走行路全区間の走行条件を新たに作成し直すことなく、一部の区間４７に対応づけられた走行条件を新たに作成して走行指令として与えるだけでよいので、データの送信負荷は最小となる。このため走行条件の設定、変更があった場合に、全車両停止による生産効率の低下という問題を招来することなく、しかもデータ変更の遅れによる安全上の問題を招来することなく、迅速にデータを送信できるようになる。

なお上記実施形態では、上限速度指令、速度オーバーライト指令、上限横加速度指令、一時停止指令といった各指令が重複しない場合を想定したが、指令が重複した場合にはそれぞれの場合について上記演算処理を行い、その中で最も小さくなる速度を新たな速度ｖnewとすればよい。

つぎに車両１０を対向車線上で走行させて前方の障害物を回避させる場合に正面衝突を生じるおそれなく安全に走行できる実施形態について説明する。

監視局３０は、下記５つの追い越し必要条件のいずれかが満たされた場合に車両１０に対して追い越し動作をするように指令を与える。すなわち、
（イ）車両１０の進行方向の走行路上に自車両１０の障害物センサ１３にて障害物が発見され、いまだ除去されていない場合
（ロ）車両１０の進行方向の走行路上に他車両の障害物センサ１３にてまたは有人車両２０のオペレータによる目視にて障害物が発見され、いまだ除去されていない場合
（ハ）車両１０の進行方向の走行路上に、故障車両がある場合
（ニ）車両１０の進行方向の走行路上に作業エリアが設定されている場合
（ホ）車両１０の進行方向の走行路上にグレーダなど自車両１０よりも遅い低速車両が存在する場合
ここで走行路上で障害物、故障車両が障害物検知センサ１３で検出され、それら障害物、故障車両の検出位置が記憶装置３１に記憶されると、それら障害物、故障車両の存在している領域が、監視局３０の作業中領域設定部３４に作業中領域として設定される。これにより上記条件（イ）、（ロ）、（ハ）が満たされる。なお設定された作業中領域は監視局３０のオペレータがグラフィックコンソール３６上で指示することにより変更することもできる。

また監視局３０のオペレータがグラフィックコンソール３６上で、グレーダが路面を整備すべき作業エリアを指示することにより、監視局３０の作業中領域設定部３４に作業中領域が設定される。これにより上記条件（ニ）が満たされる。

また走行路上の各車両の位置が監視局３０に報告され、それら各車両の位置が記憶装置３１に記憶されると、グレーダなどの低速車両が存在している領域が、監視局３０の作業中領域設定部３４に作業中領域として設定される。これにより上記条件（ホ）が満たされる。

上記条件（イ）〜（ニ）のいずれかが満たされた場合には、監視局３０の追い越し設定部３４で、作業中領域（障害物、故障車両、作業エリア）が車両１０にとっての進入禁止領域Ｅとして設定され、この進入禁止領域Ｅを回避するように追い越しコースＫが作成される。

すなわち図６（ａ）に示すように、車両１０の前方の進入禁止領域Ｅの長さをａとし、対向車線から元の車線に戻るのに必要な長さをｂとし、現在の車線上で現在位置から前方の進入禁止領域Ｅまでの距離をｃとすると、下記（６）式より追い越し動作に必要な走行距離Ｌが求められる。

Ｌ＝ａ＋ｂ＋ｃ…（６）
この走行距離Ｌ分の長さの追い越しコースＫが監視局３０の追い越し設定部３４で作成される。

また条件（ホ）が満たされた場合にも、同様に監視局３０の追い越し設定部３４で、作業中領域（低速車両）が車両１０にとっての進入禁止領域Ｅとして設定され、この進入禁止領域Ｅの低速車両を追い越すように追い越しコースＫが設定される。

すなわち図６（ｂ）に示すように、自車両（無人車両１０）Ｊmの速度をｖｍｙとし、自車両Ｊmが車線変更に要する距離＋追い越される低速車両Ｊsとの距離＋余裕をＬｃとし（但し、「自車両Ｊmが車線変更に要する距離＞追い越される低速車両Ｊsとの距離」とする）、追い越される低速車両Ｊsの速度をｖｓｌｏｗとし、対向車両Ｊtが安全に停止できる距離をＬｓａｆｅとし、追い越しに必要な時間をｔとすると、下記（７）式の関係が成立する。

ｖｓｌｏｗ×ｔ＋Ｌｃ＝ｖｍｙ×ｔ…（６）
従って追い越しに必要な時間ｔは、下記（８）式より、
ｔ＝Ｌｃ／（ｖｍｙ−ｖｓｌｏｗ）…（８）
と求められる。よって追い越し動作に必要な距離Ｌは、下記（９）式より、
Ｌ＝Ｌｃ×ｖｍｙ／（ｖｍｙ−ｖｓｌｏｗ）…（９）
と求められる。なお追い越し動作に必要な距離Ｌには、通信による遅れ時間を余裕として加えることが望ましい。この走行距離Ｌ分の長さの追い越しコースＫが監視局３０の追い越し設定部３４で作成される。

監視局３０は、つぎの３つの追い越し動作可能条件が同時に満たされるときに自車両Ｊmに対して追い越し動作を行うように指令を与える。すなわち、
（ａ）自車両Ｊmが車線変更に要する距離＜追い越される低速車両Ｊsとの距離の場合
（ｂ）追い越しの対象物Ｊsと一定距離内にある場合
（ｃ）追い越される低速車両Ｊsの現在位置から、Ｌ＋Ｌｓａｆｅの対向車線内に対向車両Ｊtおよび交差点が存在しない場合
上記（ａ）〜（ｃ）の条件が同時に満たされたときに、監視局３０は、まず追い越される低速車両Ｊsに対して、現在速度ｖｓｌｏｗを上限速度として走行せよとの指令を送信する。そして上記Ｌの区間（自車両１０が走行する対向車線の一部の区間）を取り除いた新たな走行許可領域を走行許可領域設定部３３で作成して、この新たな走行許可領域を走行せよとの指令を、対向車線を走行している対向車両Ｊtに対して送信する。

対向車両Ｊtと追い越される低速車両Ｊsは、監視局３０からの指令を受信すると、指令内容の実行可能性を判定する。そして判定結果を受信応答として監視局３０に対して返信する。監視局３０の追い越し設定部３４では、監視局３０に返信された対向車両Ｊt、低速車両Ｊsからの受信応答に基づいて、自車両Ｊmの追い越しコースＫを作成する。監視局３０は、この追い越しコースＫに沿って走行せよとの追い越し指令を自車両Ｊmに対して送信する。この結果自車両Ｊmは追い越しコースＫに沿って走行し、前方の低速車両Ｊsを追い越して対向車線を一時的に走行し再度元の車線に戻る。

追い越しを行った自車両Ｊmは、追い越しコースＫを走行後、追い越し完了信号を監視局３０に送信し、走行を継続する。この追い越し完了信号を受信した監視局３０は、走行許可領域設定部３３で、先に取り除いた上記Ｌの区間（自車両１０が走行する対向車線の一部の区間）を付け加えた新たな走行許可領域を作成し、この新たな走行許可領域を走行せよとの指令を、対向車線を走行している対向車両Ｊtに対して送信する。

以下監視局３０で行われる処理の手順について図７に示すフローチャートを参照して説明する。

同図７に示すように、追い越し必要条件（イ）〜（ホ）のいずれかを満たすか否かが判断される（ステップ７０１）。

上記追い越し必要条件（イ）〜（ホ）のいずれかを満たす場合には（ステップ７０１の判断ｙｅｓ）、自車両Ｊmの前方に低速車両Ｊsが存在している場合なので、つぎに追い越し動作に必要な距離Ｌが求められる（ステップ７０２）。

一方上記追い越し必要条件（イ）〜（ホ）のいずれも満たしていない場合には（ステップ７０１の判断ｎｏ）、現在自車両Ｊmの前方に低速車両Ｊsが存在していない場合なので、再び上記追い越し必要条件（イ）〜（ホ）を満たすか否かが判断される。

さらに上記追い越し動作可能条件（ａ）〜（ｃ）を同時に満たすか否かが判断される（ステップ７０３）。

この結果上記追い越し動作可能条件（ａ）〜（ｃ）を満たさない場合には（ステップ７０３の判断ｎｏ）、手順は最初のステップ７０１に移行される。

一方上記追い越し動作可能条件（ａ）〜（ｃ）を同時に満たす場合には（ステップ７０３の判断ｙｅｓ）、追い越されるべき低速車両Ｊsに対して、現在速度ｖslowを上限とした上限速度指令が送信される。これにより低速車両Ｊsは速度を上げることなく低速でそのまま走行を続けることができる（ステップ７０４）。

つぎに走行許可領域設定部３３では、対向車両Ｊtの走行許可領域から、距離Ｌの区間を取り除いた新たな走行許可領域が作成され、この新たな走行許可領域を走行する旨の指令が監視局３０から対向車両Ｊtに対して送信される。このため対向車両Ｊtは、自車両Ｊmが走行する対向車線の一部の区間Ｌに入ることなく走行することができる（ステップ７０５）。

つぎに低速車両Ｊsおよび対向車両Ｊtにそれぞれ指令を与えてから一定時間内に、監視局３０で低速車両Ｊsと対向車両Ｊtからの受信応答が受信されたか否かが判断される（ステップ７０６）。

この結果監視局３０で受信応答を受信していないと判断された場合には（ステップ７０６の判断ｎｏ）、下記ステップ７０９に移行される。

一方監視局３０で受信応答を受信したと判断された場合には（ステップ７０６の判断ｙｅｓ）、追い越しコースＫを追い越し設定部３４で作成して、自車両Ｊmに対してこの追い越しコースＫを走行して追い越し動作を行う旨の追い越し指令が送信される。これにより自車両Ｊmは追い越しコースＫに沿って走行し、前方の低速車両Ｊsを追い越して対向車線を一時的に走行し再度元の車線に戻る。この際対向車両Ｊtは、自車両Ｊmが走行する対向車線の一部の区間Ｌに入ることなく走行することができる。このため自車両Ｊmが対向車線を走行するときに対向車両Ｊtと正面衝突してしまうという危険が回避される（ステップ７０７）。

つぎに自車両Ｊmからの追い越し完了信号が監視局３０で受信されたか否かが判断される（ステップ７０８）。

自車両Ｊmからの追い越し完了信号が監視局３０で受信された場合（ステップ７０８の判断ｙｅｓ）には、走行許可領域設定部３３で、対向車両Ｊtの走行許可領域に対して先に取り除かれた距離Ｌで示される区間が付け加えられ、新たな走行許可領域が作成される。この新たな走行許可領域が対向車両Ｊt に対して送信される。この結果対向車両Ｊtは、自車両Ｊmとすれ違って継続して走行することができる（ステップ７０９）。

一方自車両Ｊmからの追い越し完了信号が監視局３０で受信されなかった場合（ステップ７０８の判断ｎｏ）には、手順はステップ７０８に戻り、再び追い越し完了信号が受信されたか否かが判断される。

以上のように本実施形態によれば、往復２車線のうち一方の車線を走行する一方の車両Ｊmの前方に進入禁止領域Ｅ（障害物、故障車両、低速車両Ｊs）を設定し、一方の車両Ｊmに対して、進入禁止領域Ｅを回避して一方の車線に対向する対向車線の一部の区間Ｌを走行させるようにするとともに、対向車線を走行する対向車両Ｊtに対しては、一部の区間Ｌへの進入を禁止して走行させるようにしたので、一方の車両Ｊmが前方の進入禁止領域Ｅを回避して対向車線を走行する場合であっても、一方の車両Ｊmとこれに対向する車両Ｊtとが正面衝突するおそれなく安全に走行することができる。

なお本実施形態では、追い越されるべき低速車両Ｊsがほぼ現在速度を維持して走行する場合を想定している。しかし安全のために低速車両Ｊsを一時停止させたり減速させるようにしてもよい。

また本実施形態では、車両の相互間隔が１ｋｍを超える程度の通常の鉱山のオペレーションを前提としている。このため通常の作業環境では、片側車線に待機車両が生じることはない。しかし車両の密度によって待機車両が生じることもあり得る。この場合には、その待ち行列の台数、作業の優先順位に応じて待機車両に優先順位を付与することができる。

さらに２車線のうちで一方の車線の車両のみに追い越し動作を行わせると、対向車線の車両が走行できなくなってしまうおそれがある。そこで、車線毎に車両が追い越し動作を行うべき時間を定めておき、各車線を走行する車両に対して、交互に追い越し動作を行わせるようにしてもよい。いずれの場合でも監視局３０では、対向車線を走行する車両Ｊtの走行経路と、追い越し中の自車両Ｊmの走行経路とが干渉しないように管制制御される。

また実施形態では、図３に示すように、監視局３０を車両１０、２０とは別体に設けている。しかし監視局３０の機能を無人車両１０内に設けるようにしてもよい。この場合無人車両１０と外部の監視局３０との間で無線通信を行う通信装置は不要となる。車両相互間で無線通信を行うことができる通信装置を設けるだけでよい。

図１は、実施形態の無人車両の構成を示す機能ブロック図である。 図２は、実施形態の有人車両の構成を示す機能ブロック図である。 図３は、実施形態の監視局の構成を示す機能ブロック図である。 図４は、グラフィックコンソールの表示画面における表示例を示す図である。 図５は、横加速度指令を説明するための説明図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、実施形態の追い越し動作を説明するための説明図である。 図７は、実施形態の追い越し動作の手順を示すフローチャートである。 図８は、減速制御の内容を説明する図である。

符号の説明

１０…無人車両
１１…有人車両
３０…監視局
３４…作業中領域設定部／追い越し設定部
３５…走行条件設定部
３６…グラフィックコンソール

Claims (3)

1. 監視局から対面通行する各車両に対して走行指令を与えるようにした車両の管制装置において、
   監視局と各車両とは、通信装置によって送受信可能に接続されており、
   各車両のうち無人車両には、走行指令を受信すると走行指令にしたがい走行を制御する走行制御装置が設けられており、
   監視局には、
   前記無人車両と同一車線前方の追い越しを受ける車両が存在し得る領域を、当該無人車両の進入禁止領域として設定する進入禁止領域設定手段と、
   前記無人車両が対向車線を通って前記進入禁止領域を回避する追い越しコースを設定する追い越しコース設定手段と
   が設けられ、
   監視局から通信装置を介して、前記無人車両に対して追い越しコースを走行する旨の走行指令が送信されるとともに、前記無人車両と同一車線前方の追い越しを受ける車両に対して現在速度を維持して走行する旨あるいは一時停止する旨あるいは減速する旨の走行指令が送信されること
   を特徴とする車両の管制装置。
2. 前記無人車両の対向車線内の領域であって当該無人車両が走行する対向車線の一部の区間を取り除いた領域を、前記無人車両の対向車線を走行する対向車両に対して走行を許可する走行許可領域として設定する走行許可領域設定手段が監視局に設けられ、
   監視局から通信装置を介して、前記対向車両に対して前記走行許可領域を走行する旨の走行指令が送信されること
   を特徴とする請求項１記載の車両の管制装置。
3. 前記無人車両が追い越しコースの走行を完了すると、監視局から通信装置を介して、前記対向車両に対して、前記無人車両が走行した対向車線の前記一部の区間が付加された領域を、新たな走行許可領域とする走行指令が送信されること
   を特徴とする請求項２記載の車両の管制装置。

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