JP6784648B2

JP6784648B2 - 転圧ローラの障害物検知装置

Info

Publication number: JP6784648B2
Application number: JP2017128438A
Authority: JP
Inventors: 涼平遠藤
Original assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sakai Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: JP2019012394A

Description

本発明は、転圧ローラの障害物検知装置に関する。

転圧ローラにおいて、例えば縁石にぎりぎり寄せて転圧するような場合、運転者は縁石周りの転圧面を注視しながら運転するため、進行方向への注意がおろそかになりやすい。そのため、特に車両の後進時に、周囲の作業者と接触する事故が起きやすい。

この問題に対し、電波や超音波を利用し、一定の距離に人や物体を検知したときに警報を出す警報装置或いは自動的に車両を停止させる自動停止装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１には、車両に搭載される磁界発生装置と、作業者に装着されるＩＣタグと、ＩＣタグから発信された電波を検知する検知装置と、検知装置が電波を検知したときに車両を停止させるエンジン停止装置とを備える緊急停止装置が記載されている。特許文献２には、車両に搭載されるトリガー信号出力手段と、作業者に装着されるＩＤタグと、ＩＤタグが出力したＩＤ番号を受信する受信部と、受信部がＩＤ番号を受信したときに車両を停止させる停止手段とを備える停止システムが記載されている。特許文献３には、超音波式の障害物検知装置が記載されている。

特開２０１６−１５３５５８号公報特開２０１７−１０４８３号公報特開２００６−１７４９６号公報

特許文献１，２の技術は、タグを作業者に装着させる必要があることから、作業者が多人数の場合にコストが嵩みやすいという問題があり、作業者がタグを装着し忘れるという事態も起き得る。また、転圧ローラによるアスファルト舗装の転圧施工において、特許文献１のように、エンジンを停止させて走行停止させる技術では、車両が急停止するため、路面に凹み等の平坦性不良を起こすおそれがある。

また、転圧ローラは道路工事特有の狭い区域で使用されることが多いので、車幅方向における検知範囲を必要以上に大きくすると、車道と歩道の境にある縁石、電柱、カラーコーン等との衝突のおそれがないにもかかわらず頻繁に警報が鳴ったり車両が停止するという問題が生じる。そのため、車幅方向における検知範囲はおおよそ車両の車幅寸法に設定することが好ましい。しかしながら、電波や超音波は、特性上、車両に搭載された出力装置から放射状に出力されるため、検知範囲の幅寸法を部分的に車幅寸法に設定することはできても、車両前後方向にわたり検知範囲の略全てを車幅寸法に設定することが難しいという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、コストの低減を図れるとともに、所望の検知範囲に容易に設定できる転圧ローラの障害物検知装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、本発明は、転圧ローラに搭載される障害物検知装置であって、投射光と反射光との時間差から距離を測定するＴＯＦ方式の距離画像センサと、前記距離画像センサの測定データに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、前記制御装置が障害物があると判定したとき、前記制御装置から出力されたブレーキ信号に基づいて前記転圧ローラにブレーキをかけるブレーキ手段と、を備え、前記距離画像センサは、投射光が路面に投射されるように前記転圧ローラの進行方向斜め下に向けて設けられ、前記制御装置は、車幅寸法よりも広く路面に投射された投射光の範囲のうち、車幅寸法と略同じ幅寸法を有する平面視略矩形状の検知範囲について障害物の有無を判定し、前記転圧ローラの走行速度に応じてブレーキ開始距離が予め設定されており、前記制御装置は、車速センサで検出された前記転圧ローラの走行速度において、当該走行速度に対応する前記ブレーキ開始距離と、前記距離画像センサで測定した障害物までの距離とを比較し、当該障害物までの距離が前記ブレーキ開始距離以下になったとき前記ブレーキ信号を出力し、前記ブレーキ開始距離は、前記転圧ローラの走行速度に応じて設定された限界制動距離よりも長い距離で設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果が奏される。
（１）ＴＯＦ方式の距離画像センサは、対象までの距離を精度良く測定できるため、障害物の検知精度に優れる。
（２）電波を用いた検知方式のように周囲の作業者に検知用タグを装着する必要がなく、コストを抑えることができる。また、検知用タグの装着忘れの問題も生じず、障害物を確実に検知できる。
（３）距離画像センサを用いることにより、検知範囲を車両の車幅寸法に設定するなど、所望の検知範囲に容易に設定できる。
（４）車幅寸法と略同じ幅寸法を有する平面視略矩形状の検知範囲とすることで、車両に衝突するおそれが高い場合のみ障害物が存在すると認識して、車両を停止させる措置や警報を出す措置等をとることができる。これにより、無駄な車両停止や警報を回避できる。
（５）投射光を車両の進行方向斜め下に向けて投射することにより、平面視したときの投射光の横方向角度を大きくできる。これにより、車両後部の両脇に形成される非検知の死角を小さくできる。
（６）障害物との衝突を低減でき、周囲の作業者の安全を確保できる。

また、本発明は、前記建設車両は転圧ローラであり、前記ブレーキ手段は、走行用ポンプと走行用モータの閉回路に作用するＨＳＴブレーキであることを特徴とする。

本発明によれば、ＨＳＴブレーキを利用することにより、過度の急停車を避けることができ、アスファルト舗装の路面のへこみ等の平坦性不良を低減できる。また、車両停止後の走行再開作業も容易となる。

本発明によれば、コストの低減を図れるとともに、所望の検知範囲に容易に設定できる。

タイヤローラに装着した障害物検知装置の検知範囲を示す説明図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図、側面図である。本発明に係る障害物検知装置の構成ブロック図である。ブレーキ手段を含む走行系の概略油圧回路図である。ブレーキ開始距離を示すグラフである。

図１において、本発明の障害物検知装置１は、低速走行しながら作業を行う転圧ローラ等の建設車両に搭載される。図１は、タイヤ１１でアスファルト路面等の転圧を行うタイヤローラ１０に障害物検知装置１を搭載した場合を示している。図２において、障害物検知装置１は、投射光と反射光との時間差から距離を測定するＴＯＦ(Time Of Flight)方式の距離画像センサ（３Ｄ距離センサ）２と、距離画像センサ２の測定データに基づいて障害物Ｇの有無を判定する制御装置３と、を備えている。

距離画像センサ２は、赤外線等の投射光を発光する発光部と、投射光が物体に当たった際の反射光を受光する受光部とを備えている。発光部から赤外線を送ってから反射光を受光部で受信するまでの時間を計測することで対象までの距離が測定される。距離画像センサ２からの投射角度は、例えば横方向角度が９５°、縦方向角度（図１（ｂ）に示す符号θ１）が３２°であり、投射断面が横長矩形状を呈している。画像分解能は、例えば横方向に６４ピクセル、縦方向に１６ピクセルの計１０２４ピクセルである。距離画像センサ２は、タイヤローラ１０の後部の車幅方向中央部に、投射光が後進方向斜め下に投射されるように取り付けられている。

障害物Ｇの検知範囲に関して、投射光の投射範囲をそのまま検知範囲に設定すると、つまり車幅方向の寸法Ｌ１をタイヤローラ１０の車幅寸法よりも広く設定すると、衝突のおそれがないにもかかわらず障害物Ｇがあると認識されて、車両が無駄に停止する事態が生じる。そのため、車幅方向に関する検知範囲（図１に斜線にて示す）４の寸法Ｌ１は、タイヤローラ１０の車幅寸法と略同じに設定することが好ましい。距離画像センサ２は、障害物Ｇまでの距離を測定できるため、各ピクセル毎の測定データ、具体的には距離画像センサ２と障害物Ｇとの車幅方向の距離から、車幅寸法に設定された検知範囲４に障害物Ｇが存在するか否かを制御装置３で判定できる。このように距離画像センサ２を用いることにより、検知範囲４の寸法Ｌ１を車両前後方向にわたって一定に確保できる。つまり、検知範囲４を、図１（ａ）に示すように平面視で、１辺を寸法Ｌ１とした略矩形状の範囲に容易に設定することができる。検知範囲４の車両前後方向の寸法Ｌ２は、常用される走行速度に応じて適宜に設定され、本実施形態では例えば３メートル程度に設定される。

また、距離画像センサ２の投射光が後進方向斜め下に投射されるので、平面視したときの投射光の横方向角度θ２は、９５°よりも一層大きな範囲となる。したがって、タイヤローラ１０の後部両端と検知範囲４との間に形成される非検知範囲５，５について、その車両前後方向の距離Ｌ３を小さく抑えることができる。つまり、車両後部の両脇に形成される非検知の死角を小さくできる。

制御装置３は、検知範囲４に障害物Ｇがあると判定したとき、車両にブレーキをかけるブレーキ手段６を備えている。ブレーキ手段６の一例を説明する。図３において、図示しないエンジンにより駆動する走行用ポンプＰと、タイヤ１１（図１）を回転させる走行用モータＭとは、直列に接続されて油圧の閉回路Ｕ１を構成している。走行用ポンプＰは、斜板式ポンプからなる。走行用ポンプＰには、斜板を作動させるための油路Ｔ１と油路Ｔ２とが接続されている。油路Ｔ１と油路Ｔ２との間には、走行用ポンプＰと並列に２位置３ポートの電磁バルブＶ１が介設されている。

エンジンがかかっているとき、電磁バルブＶ１は図３における右位置にあり、油路Ｔ１と油路Ｔ２とを連通していない状態となる。したがって、エンジンがかかっているときに、運転席周りの前後進レバーを前進位置側に傾けると、斜板作動油が油路Ｔ１側から油路Ｔ２側に流れて斜板が一方側に傾く。これにより、閉回路Ｕ１において圧油が一方向側に流れ、走行用モータＭが一方向に回転して車両が前進する。前後進レバーを後進位置側に傾けると、斜板作動油が油路Ｔ２側から油路Ｔ１側に流れて斜板が他方側に傾く。これにより、閉回路ＵＩにおいて圧油が他方向側に流れ、走行用モータＭが他方向に回転して車両が後進する。

エンジンがかかっていないとき、電磁バルブＶ１は図３に図示されるように左位置にあり、油路Ｔ１と油路Ｔ２とは連通した状態となっている。電磁バルブＶ１と走行用ポンプＰとの間で油圧の閉回路Ｕ２が形成され、油路Ｔ１と油路Ｔ２との間で差圧が生じないことで、斜板はニュートラル位置に位置している。これにより、閉回路Ｕ１においてＨＳＴ(Hydro Static Transmission)ブレーキが作用する。

本実施形態のブレーキ手段６は、この電磁バルブＶ１を利用しており、後進中に障害物が検知されたとき、制御装置３は、ブレーキ信号を出力して電磁バルブＶ１を右位置から左位置に切り換える。これにより、エンジンがかかった状態でかつ前後進レバーが後進位置側に傾いたままであっても、斜板がニュートラル位置に位置し、閉回路Ｕ１においてＨＳＴブレーキが作用して、走行用モータＭが停止する。なお、走行用ポンプＰに内蔵されたチャージポンプＰ１と走行用モータＭに内蔵されたネガティブブレーキＭ１との間には、パーキング時にネガティブブレーキＭ１を作動させるための電磁バルブＶ２が介設されている。

制御装置３が障害物Ｇがあると判定してからブレーキ信号を出力するまでのタイミング、つまりブレーキ手段６のブレーキの開始タイミングは、車両の走行速度に応じて変化させることが好ましい。制御装置３は、図４に示すように、走行速度に応じて予め設定したブレーキ開始距離Ｓと、距離画像センサ２で測定した検知範囲４に存在する障害物Ｇまでの距離とを比較し、障害物Ｇまでの距離がブレーキ開始距離Ｓ以下になったとき、電磁バルブＶ１にブレーキ信号を出力する。

ブレーキ開始距離Ｓは、例えば車両の実測の限界制動距離Ｔよりも若干余裕を持った距離に設定される。図４では、ブレーキ開始距離Ｓは、時速２ｋｍで約０．５ｍ、時速４ｋｍで約１ｍ、時速６ｋｍで約１．６ｍ、時速８ｋｍで約２．４ｍに設定されている。なお、車両の走行速度を検出する車速センサ７（図２）としては、タイヤの回転数を検出するロータリエンコーダ等の近接センサが挙げられる。

以上のように、投射光と反射光との時間差から距離を測定するＴＯＦ方式の距離画像センサ２と、距離画像センサ２の測定データに基づいて障害物Ｇの有無を判定する制御装置３とを備える建設車両の障害物検知装置１によれば、次のような効果が奏される。
（１）ＴＯＦ方式の距離画像センサ２は、対象までの距離を精度良く測定できるため、障害物の検知精度に優れる。
（２）電波を用いた検知方式のように周囲の作業者に検知用タグを装着する必要がなく、コストを抑えることができる。また、検知用タグの装着忘れの問題も生じず、障害物を確実に検知できる。
（３）距離画像センサ２を用いることにより、検知範囲４を車両の車幅寸法に設定するなど、所望の検知範囲４に容易に設定できる。

距離画像センサ２は、投射光が車両の進行方向斜め下に向けて投射されるように設けられ、制御装置３は、投射光の範囲のうちで車幅寸法と略同じ幅寸法Ｌ１を有する平面視略矩形状の検知範囲４について、障害物の有無を判定する構成とすれば、次のような効果が奏される。
（１）車幅寸法と略同じ幅寸法Ｌ１を有する平面視略矩形状の検知範囲４とすることで、車両に衝突するおそれが高い場合のみ障害物Ｇが存在すると認識して、車両を停止させる措置や警報を鳴らす措置等をとることができる。これにより、無駄な車両停止や警報を回避できる。
（２）投射光を車両の進行方向斜め下に向けて投射することにより、平面視したときの投射光の横方向角度θ２を大きくできる。これにより、非検知範囲５の距離Ｌ３を小さく抑えることができ、車両後部の両脇に形成される非検知の死角を小さくできる。

制御装置３が障害物Ｇがあると判定したとき、車両にブレーキをかけるブレーキ手段６を備える構成とすれば、障害物Ｇとの衝突を低減でき、周囲の作業者の安全を確保できる。特にエンジンを停止させずにブレーキで車両を停止させるようにすれば、作業を再開するときにエンジンを再始動させる煩わしさもない。

特に、タイヤローラ１０のような転圧ローラにおいて、ブレーキ手段６を、走行用ポンプＰと走行用モータＭの閉回路Ｕ１に作用するＨＳＴブレーキとすれば、エンジンを停止させる場合等に比して、過度の急停車を避けることができるので、アスファルト舗装の路面のへこみ等の平坦性不良を低減できる。また、走行再開作業も容易となる。

車両の走行速度に応じて、ブレーキ手段６のブレーキの開始タイミングが変化する構成とすれば、次のような効果が奏される。作業員が一時的に検知範囲４に入り、その後すぐに検知範囲４から外れるような場合においても車両にブレーキをかけると、車両の作業効率が低下する。これに対し、例えば、走行速度によって変化する車両の限界制動距離Ｔに準じて、ブレーキの開始タイミングを変化させることで、走行速度に応じて衝突のおそれが高い場合のみ車両にブレーキをかけることができ、無駄な車両停止を低減できる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明した。本実施形態では障害物Ｇがあると判定されたときに車両にブレーキをかけるブレーキ手段６を設けたが、場合により、ブレーキ手段６の代わりに音や光で警報を出すようにしてもよい。また、ブレーキ手段６と警報とを併用してもよい。また、距離画像センサ２を車両前部に取り付けて車両の前進方向を検知するようにしてもよい。

１障害物検知装置
２距離画像センサ
３制御装置
４検知範囲
５非検知範囲
６ブレーキ手段
７車速センサ
１０タイヤローラ（建設車両）

Claims

転圧ローラに搭載される障害物検知装置であって、
投射光と反射光との時間差から距離を測定するＴＯＦ方式の距離画像センサと、
前記距離画像センサの測定データに基づいて障害物の有無を判定する制御装置と、
前記制御装置が障害物があると判定したとき、前記制御装置から出力されたブレーキ信号に基づいて前記転圧ローラにブレーキをかけるブレーキ手段と、を備え、
前記距離画像センサは、投射光が路面に投射されるように前記転圧ローラの進行方向斜め下に向けて設けられ、
前記制御装置は、車幅寸法よりも広く路面に投射された投射光の範囲のうち、車幅寸法と略同じ幅寸法を有する平面視略矩形状の検知範囲について障害物の有無を判定し、
前記転圧ローラの走行速度に応じてブレーキ開始距離が予め設定されており、
前記制御装置は、車速センサで検出された前記転圧ローラの走行速度において、当該走行速度に対応する前記ブレーキ開始距離と、前記距離画像センサで測定した障害物までの距離とを比較し、当該障害物までの距離が前記ブレーキ開始距離以下になったとき前記ブレーキ信号を出力し、前記ブレーキ開始距離は、前記転圧ローラの走行速度に応じて設定された限界制動距離よりも長い距離で設定されていることを特徴とする転圧ローラの障害物検知装置。
前記ブレーキ手段は、走行用ポンプと走行用モータの閉回路に作用するＨＳＴブレーキであることを特徴とする請求項１に記載の転圧ローラの障害物検知装置。