技術 車両の走行制御システム

0001

本発明は、予め設定した目標経路に沿って自動走行する車両の走行制御に用いられる車両の走行制御システムに関するものである。

0002

従来、車両の走行制御システムとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがあった。特許文献１は、鉱山の走行経路を走行する産業機械の制御システムに関するものである。この制御システムは、位置検出手段により産業機械の位置を検出すると共に、非接触センサにより検出した上方突出物の位置を地図情報として記憶し、走行経路を走行する制御を行う。そして、制御システムは、位置検出手段の検出精度が低下した際、地図情報の記憶を停止させて、地図情報の精度の低下を防ぐようにしている。

0003

特許第６０５９８４６号公報

0004

ところで、車両の走行制御では、車両の自己位置を検出する手段として、ＧＰＳやジャイロセンサが用いられる。ところが、これらの手段は、ＧＰＳの場合には、電離層の異常やマルチパスなどの外乱により誤差が生じ、また、ジャイロセンサの場合には、ジャイロのドリフトなどにより誤差が生じることがある。

0005

特に、コンテナヤードで車両の走行制御を行う場合には、高く積まれたコンテナやクレーンの近くを走行する際、ＧＰＳ等の受信が一部不能になる恐れが高くなる。また、車両へのコンテナの積み降ろしをクレーンで行う際、車両が正確な経路を走行し、決められた位置に停止していないと、クレーン側で位置合わせを行う必要があり、クレーン側で位置合わせを行うには時間と熟練が必要である。

0006

このため、予め設定した経路に沿って自動走行する車両において、とくに、車両の自己位置を検出する手段を備えたものでは、その検出値に誤差が生じた場合でも、経路に沿った正確な走行を実現することが望まれていた。

0007

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、予め設定した目標経路に沿って自動走行する車両の走行制御システムであって、車両の自己位置の検出値に誤差が生じた場合でも、その誤差を補正して目標経路に沿った正確な走行を実現できる車両の走行制御システムを提供することを目的としている。

0008

本発明に係わる車両の走行制御システムは、予め設定した目標経路に沿って自動走行する際に用いるものであって、車両の自己位置を検出する位置検出器と、車両から少なくとも車幅方向片側の測定対象物までの距離を検出する距離検出器と、車両の走行系の制御を行う車両制御装置と、車両の行動計画を作成する行動計画装置とを備えている。

0009

そして、上記の車両の走行制御システムは、行動計画装置が、車両の走行中に、距離検出器で検出した測定対象物までの距離に基づいて目標経路と現在位置との誤差を算出し、その誤差に基づいて、車両制御装置に対して車両を目標経路に戻す指令を出力することを特徴としている。

0010

本発明に係わる車両の走行制御システムは、上記構成を採用したことにより、予め設定した目標経路に沿って自動走行する車両の走行制御システムにおいて、車両の自己位置を検出するための位置検出器の検出値に誤差が生じた場合でも、その誤差を補正して目標経路に沿った正確な走行を実現することができる。

0011

本発明に係わる車両の走行制御システムの第１実施形態を説明するブロック図である。
図１に示す走行制御システムを搭載した車両を示す側面図である。
コンテナヤードにおける車両の位置を説明する正面図である。
車両が目標経路を走行している状態を示す平面図である。
走行制御の過程を説明するフローチャートである。
車両が目標経路から外れて走行している状態を示す平面図である。

0012

本発明に係わる車両の走行制御システムは、予め設定した目標経路に沿って自動走行する車両の走行制御を行うものである。この走行制御システムは、基本的に、ユニット化して車両に搭載するのが望ましいが、例えば、演算処理を行う機器を外部に設け、その外部機器と車載機器との間で信号の送受信を行う構成にすることも可能である。

0013

車両の走行制御システムは、図１及び図２に示すように、車両Ｍに搭載してあり、概略として、位置検出器１，２と、距離検出器３と、行動計画装置５と、車両制御装置６と、カメラ７と、主制御装置８と、無線通信装置９とを備えている。車両Ｍは、人による運転が可能であると共に、人為的走行と、遠隔操作走行や自律走行を含む自動走行とを切り替えることが可能である。

0014

位置検出器１，２は、車両Ｍの自己位置を検出するものである。この実施形態の位置検出器１，２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）と、ＩＮＳ（Inertial Navigation System）であり、車両ＭのルーフにＧＰＳのアンテナ１Ａが設けてある。なお、位置検出器は、上記の如くＧＰＳ（１）及びＩＮＳ（２）の両方を用いても良いし、いずれか一方を用いても良く、ＧＰＳやＩＮＳ以外の機器を用いることもできる。

0015

距離検出器３は、車両Ｍから少なくとも車幅方向片側の測定対象物までの距離を検出するものであれば良いが、この実施形態では、車両Ｍの左右両側及び前側にレーザ光を走査するレーザセンサ（例えば、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ））であって、車両Ｍのルーフに設けてある。なお、距離検出器３は、車両Ｍの全周囲にレーザ光を走査するものであっても構わない。

0016

行動計画装置５は、コンピュータ若しくはその一部であって、車両Ｍの行動計画を作成する。この行動計画装置５の特徴的な機能については後述する。

0017

車両制御装置６は、車両Ｍの走行系の制御、すなわち、車両ＭのアクセルＡ，ブレーキＢ、及びステアリングＳを制御するものであって、データの出入力を行う電子回路機器や、アクセルＡ，ブレーキＢ及びステアリングＳを駆動するアクチュエータ類などを含むものである。また、車両制御装置６は、アクチュエータ類の動作を検出してフィードバック制御を行うものとしても良い。

0018

カメラ７は、図２に示すように、車両Ｍのルーフに取り付けてあり、車両Ｍの前方を撮影する。主制御装置８は、コンピュータ若しくはその一部であって、システム全体の制御を統括する。無線通信装置９は、主制御装置８と、遠隔位置に設けた通信機器との間でデータの送受信を行うものであり、そのアンテナ９Ａが車両Ｍのルーフに設けてある。

0019

そして、車両Ｍの走行制御システムは、行動計画装置５が、車両Ｍの走行中に、距離検出器３で検出した測定対象物までの距離に基づいて目標経路Ｐ１と現在位置との誤差を算出し、その誤差に基づいて、車両制御装置６に対して車両Ｍを目標経路に戻す指令を出力する機能（プログラム）を有している。

0020

ここで、上記の車両Ｍの走行制御システムは、車両Ｍの走行領域の好適な例として、コンテナヤードが挙げられる。この場合、車両Ｍは、コンテナＣを運搬するトレーラーである。コンテナヤードは、図３及び図４に示すように、複数のコンテナＣを集積する区画ＣＡを所定間隔で配置したものである。

0021

コンテナＣは、横長の直方体状を成す周知のものである。各区画ＣＡでは、コンテナＣの長辺方向を前後方向とした場合に、平面上で前後左右に配列され、且つ適数を積層した状態で集積されている。全てのコンテナＣは、いずれも同一方向を向いた状態で集積されている。コンテナＣは、上部四隅に、別のコンテナＣの下部四隅が係合するガイド（図示せず）を有しているので、積層状態を安定して維持することができる。

0022

コンテナヤードには、１つの区画ＣＡを跨ぐクレーン（トランスファークレーン）１００が配置されている。このクレーン１００は、区画ＣＡの左右側（図３の左右側）で対を成す脚部１０１，１０１と、両脚部１０１の上端部間に架設したビーム１０２と、ビーム１０２に沿って移動する移動台１０３と、移動台１０３に配置されたクレーン本体部１０４とを備えている。

0023

そして、コンテナヤードでは、コンテナＣの保管位置やクレーン１００の移動領域、車両の走行領域は、区画ＣＡ毎に予め決められている。具体的には、集積したコンテナＣとクレーン１００の脚部１０１との間を、コンテナＣの積み卸しを行う車両Ｍの作業走行レーンＬ１とし、隣接するクレーン１００，１００の脚部１０１，１０１同士の間を、車両Ｍの追い越し走行レーンＬ２としている。

0024

クレーン本体部１０４は、コンテナＣの上部を把持する把持部１０４Ａ、把持部１０４Ａを吊下する複数の吊索１０４Ｂ、及び吊索１０４Ｂの繰り出し及び巻取りを行う駆動部１０４Ｃ等を含むものである。また、クレーン１００は、脚部の下端に走行装置を備え、１つの区画を跨いだ状態でコンテナＣの前後方向（図３の紙面に垂直な方向）に自走することが可能である。

0025

上記のクレーン１００は、コンテナＣの左右方向への移動台１０３の移動と、コンテナＣの前後方向への自走と、把持部１０４Ａの昇降とを組み合わせることで、選択したコンテナＣを所望の位置に移動させることができる。

0026

この実施形態の走行制御システムは、上記コンテナヤードに好適な機能を有する。すなわち、走行制御システムでは、車両Ｍの走行領域が、走行可能なクレーン１００によるコンテナＣの積み卸し位置を含んでいる。そこで、走行制御システムは、距離検出器３が、クレーン１００までの距離を検出すると共に、行動計画装置５が、距離検出器３で検出したクレーン１００までの距離に基づいて、車両制御装置６に対して車両Ｍをコンテナの積み卸し位置に停止させる指令を出力する機能を有している。この際、クレーン１００の測定対象部位としては、脚部１０１の所定部位やタイヤの位置などが挙げられる。

0027

さらに、この実施形態の走行制御システムは、距離検出器３が、複数箇所の距離を検出することにより形状認識を行う機能を有する。距離検出器３の好適例は、レーザレンジファインダである。そこで、走行制御システムでは、行動計画装置５で用いるクレーン１００までの距離を、距離検出器３で形状認識したクレーン１００の所定部位までの距離として、車両制御装置６に対して車両Ｍをコンテナの積み卸し位置に停止させる指令を出力することができる。

0028

図４に示す車両Ｍの目標経路Ｐ１は、車両の走行領域が区画ＣＡ毎に予め決められているので、いずれかの区画ＣＡを選択することで設定することができる。この場合、距離検出器（ＬＲＦ）３の測定対象物は、コンテナＣである。

0029

次に、図５に示すフローチャートに基づいて、上記コンテナヤードにおける車両Ｍの走行制御システムの動作を説明する。

0030

走行制御システムでは、ステップＳ１において、区画ＣＡ（走行領域）を選択し、これにより目標経路Ｐ１が設定される。コンテナヤードでは、所定位置において、車両Ｍに対してコンテナＣの積み卸しを行うので、それらの停止位置を含む目標経路Ｐ１が設定される。

0031

ステップＳ１の目標経路設定では、コンテナヤードにおいてコンテナＣの保管位置、クレーン１００の移動領域、車両Ｍの作業走行レーンＬ１及び追い越し走行レーンＬ２が区画ＣＡ毎に厳密に決められているので、事前に区画ＣＡ毎に車両Ｍの走行領域の経路情報が行動計画装置５に記憶させてある。これにより、車両Ｍを走行させたい区画ＣＡを選択することで、目標経路Ｐ１（走行領域）を設定することが可能である。

0032

次に、走行制御システムは、ステップＳ２において、コンテナＣの積み卸しを行うために、行動計画装置５が記憶する選択した区画ＣＡの目標経路Ｐ１に沿って車両Ｍを自動走行させる。その際、走行制御システムは、車両制御装置６により、車両Ｍが目標経路Ｐ１に沿って走行するように、車両ＭのアクセルＡ、ブレーキＢ及びステアリングＳを駆動する。

0033

ここで、走行制御システムでは、位置検出器１，２としてＧＰＳ及びＩＮＳを使用しているので、ＧＰＳのマルチパスやＩＮＳのジャイロのドリフトなどの外乱により、位置データに誤差Ｅが生じる場合がある。図６は、車両Ｍが目標経路Ｐ１から左側に外れて走行している状態を示している。

0034

そこで、走行制御システムでは、自動走行の間、ステップＳ３において、位置検出器１，２及び距離検出器３の夫々のデータを取得し、位置検出器１，２により車両Ｍの自己位置を検出する一方で、距離検出器３により車両ＭとコンテナＣまでの距離を算出する。

0035

そして、走行制御システムは、コンテナＣの保管位置や車両Ｍの走行領域（目標経路Ｐ１）が区画ＣＡ毎に設定してあり、コンテナＣと目標経路Ｐ１の間隔が既知であるから、行動計画装置５において、距離検出器３による距離に基づいて現在位置を算出し（ステップＳ４）、現在位置と目標経路Ｐ１との誤差Ｅ、すなわちコンテナＣと目標経路Ｐ１の既知の間隔との誤差Ｅを算出する（ステップＳ５）。

0036

その後、走行制御システムは、ステップＳ６において、車両制御を行う。この車両制御では、上記の誤差ＥがゼロになるようにステアリングＳを駆動する。図６に示す状態では、車両Ｍを目標経路Ｐ１に戻すように、車両ＭのステアリングＳを右に操作する。

0037

これにより、走行制御システムは、位置検出器（ＧＰＳやＩＮＳ）１，２に外乱による検出誤差が生じた場合でも、車両Ｍを速やかに目標経路Ｐ１に戻すことができる。その後、走行制御システムは、上記のステップＳ２〜Ｓ６を繰り返し行い、目標経路Ｐ１に沿って車両Ｍを自動走行させると共に、クレーン１００によるコンテナＣの積み卸しの位置に車両Ｍを停止させる。

0038

その際、走行制御システムは、行動計画装置５において、距離検出器３により検出したクレーン１００までの距離が所定値に達したところ、又は形状認識により所定位置に達したと判断したところで、車両制御装置６によりブレーキＢを作動させる。これにより、走行制御システムは、コンテナＣの積み卸し位置に車両Ｍを正確に停止させることができる。

0039

また、上記の走行制御システムは、車両Ｍの前方を撮影するカメラ７を備えると共に、全てのデータを記憶する主制御装置８や、データの送受信を行う無線通信装置９を備えているので、遠隔位置において車両Ｍの走行状態を常に監視することができる。また、走行制御システムは、遠隔操作により車両Ｍを停止させることもできるので、安全性の高い自動走行が可能である。

0040

さらに、上記の走行制御システムは、距離検出器３として、車両Ｍの左右両側及び前側にレーザ光を走査するレーザレンジファインダを採用している。これにより、走行制御システムは、測定対象物の位置が、車幅方向の片側及び両側のいずれでも距離データを取得することができると共に、前方の障害物を検出してこれを回避する走行を実施することも可能になる。

0041

しかも、上記のレーザレンジファインダは、車幅方向のみならず、斜め方向の距離も検出し得るので、真横にコンテナＣが無い位置であっても、車両Ｍから斜め方向のコンテナＣまでの距離を検出して、現在位置と目標経路Ｐ１との誤差Ｅを検出し、経路修正を行うことが可能である。

0042

さらに、コンテナヤードでは、車両Ｍとして、コンテナ運搬用の大型のトレーラーが使用されると共に、その大型のトレーラーをクレーン１００の昇降位置に対して正確に停止させる必要があるため、コンテナＣの位置に応じて車両Ｍの位置を補正する上記の走行制御システムは、車両Ｍの自動走行に好適である。

0043

また、コンテナヤードで使用するクレーン１００は、車両Ｍの走行速度に比べて低速である。そこで、一般的には、クレーン１００を積み卸し位置まで移動させておき、車両Ｍをその積み卸し位置に停止させる。この際、走行制御システムは、上述したように、車両Ｍからクレーン１００までの距離を検出して車両Ｍを停止させることができる。なお、距離検出器３によるクレーン１００の検出部位は、脚部１０１やタイヤの位置に限らず、その周辺や別途設けた検出用のマーカーなどを用いることができる。

0044

このようにして、上記の走行制御システムは、位置検出器１，２の誤差を補正しながら、目標経路Ｐ１に沿ってトレーラー（車両Ｍ）を正確に自動走行させると共に、所定位置にトレーラーを正確に停止させることが可能である。また、コンテナヤードでは、複数の区画ＣＡにコンテナＣを整列状態で集積しているので、コンテナＣ自体を距離検出器３の測定対象物にすることができ、通常、大きさや形状等がほぼ同等であるコンテナＣが使用されているので、測定対象物としての検出も容易であり、新たに測定対象物を設置する必要もない。

0045

さらに、上記の走行制御システムは、位置検出器１，２のある程度の検出誤差が許容できる広い領域を走行する場合には、位置検出器１，２のデータに基づく走行も可能である。但し、上記の走行制御システムは、位置検出器１，２の検出誤差に対処するものであるから、とくに、コンテナヤードの作業走行レーンＬ１のように、検出誤差が大きく影響するような狭い領域を走行する際には、距離検出器３の距離データを優先的に用いて車両Ｍの走行制御を行うこととなる。

0046

本発明に係わる車両の走行制御システムは、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明の車両の走行制御システムは、コンテナヤードで自動走行する車両に限らず、様々な走行領域で実施することが可能であり、距離検出器の測定対象物としては、縁石やガードレールなどの立体的な設置物を利用することも可能であり、画像処理を行う距離検出器を使用すれば、立体的な設置物に加えて白線なども測定対象物にすることができる。

0047

１ ＧＰＳ（位置検出器）
２ ＩＮＳ（位置検出器）
３距離検出器（ＬＲＦ）
５行動計画装置
６車両制御装置
７カメラ
９無線通信装置
１００クレーン
Ｃコンテナ（測定対象物）
ＣＡ区画
Ｍ 車両
Ｐ１ 目標経路