JP6901982B2

JP6901982B2 - 路面状態検出装置

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Publication number: JP6901982B2
Application number: JP2018039030A
Authority: JP
Inventors: 幸彦小野; 石本　英史; 英史石本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: JP2019152580A

Description

本発明は、路面状態検出装置に係り、特に鉱山で稼働するダンプトラック等の作業車両が走行する路面が、土埃が発生しやすい状態であるかを判定する技術に関する。

鉱山では、ダンプトラック等の作業車両が走行すると、路面が車輪で削られ土埃が発生する。土埃は、作業車両を運転するオペレータの視界を遮ったり、作業車両に搭載される、他車両や車止めなどを検出するための外界センサの認識性能を劣化させたりする。

そこで土埃が外界センサに与える影響を軽減するための技術として、特許文献１には「画像データの各画素の中から塵埃を特定するための輝度値よりも高い輝度値の画素を高輝度画素として検出し、画像データの１つの画素を中心画素として、その周囲の画素との間の輝度値の差異が地面のエッジとして検出される輝度値の差異よりも低い前記中心画素を非エッジ画素として検出し、高輝度画素と非エッジ画素とが重複している重複画素を検出し、重複画素により形成される領域を重複画素領域として、重複画素領域が塵埃と特定するための領域以上の大きさのときに重複画素領域を塵埃領域として生成し、画像データに対して塵埃領域を特定するように描画した画面を作成する（要約抜粋）」構成が開示されている。

また特許文献２には、「ステレオカメラ装置と、各カメラにて取得した二次元のカメラ取得画像を比較し、これら二つのカメラ取得画像間の視差の無い領域を視差無領域として特定する画像情報取得部と、視差画像中の視差無領域の画素数が所定値より大きい場合に、視差無領域を他車両が存在する可能性の高い車両可能性領域と特定する車両存在領域検出部を備えた（要約抜粋）」構成が開示されている。

国際公開第２０１３／１５３８６３号特開２０１６−２４６８５号公報

鉱山内を走行中の作業車両が土埃を巻上げると後続車に影響を与える。ここで、自車両が走行中の路面が土埃を発生させやすい状態であるかを検出できれば、土埃が大量に発生する前に路面に散水して土埃の大量発生を抑制するといった対策を講じることができる。しかし、特許文献１，２では自車両の進行方向前方に発生した土埃の影響を低減させることはできるものの、自車両が土埃を巻上げているかを確認することはできない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自車両の走行により土埃が発生しているかを判定することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、駆動輪と、前記駆動輪上に搭載された車体フレームと、前記車体フレームに設置され、前記駆動輪が路面に接地する車輪接地点よりも前の路面状態を検出する前方センサと、前記車体フレームに設置され、前記車輪接地点よりも後ろの路面状態を検出する後方センサと、を備えた作業車両に搭載される路面状態検出装置であって、前記路面状態検出装置は、前記前方センサ及び前記後方センサの其々に接続されたコントローラにより構成され、前記コントローラは、前記前方センサから出力される前方出力及び前記後方センサから出力される後方出力を取得し、前記前方出力及び前記後方出力の出力値の差を算出し、前記出力値の差及び土埃が発生しているかを判定するための土埃判定閾値を比較し、前記出力値の差が前記土埃判定閾値以上となった場合に土埃が発生しやすい路面状態であると判定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、自車両の走行により土埃が発生しているかを判定することができる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施形態に係るダンプトラックの外観図ダンプトラックが土埃を巻上げながら走行している状態を示す図第１実施形態に係るダンプトラックのハードウェア構成図第１実施形態に係る路面状態検出装置及び路面状態監視装置の機能ブロック図土埃検出処理の流れを示すフローチャートレーザ入射角αｉを示す図スキャン面と路面とがなす角が垂直である場合について、レーザ入射角αｉの算出方法を示す図前方左計測点、後方左計測点と、車速、スキャン距離Ｔｉの関係を示す図前方左計測点、後方左計測点と、車速、スキャン距離Ｔｉの関係を示す図車体フレームがピッチングしている状態におけるレーザ入射角を示す図第２実施形態に係るダンプトラックの外観図第２実施形態に係るダンプトラックのハードウェア構成図第２実施形態に係る路面状態検出装置及び路面状態監視装置の機能ブロック図第３実施形態に係るダンプトラックのハードウェア構成図第３実施形態に係る路面状態検出装置及び路面状態監視装置の機能ブロック図ライダーの取付位置例を示す図

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

以下の説明において、作業車両の例として鉱山内を走行するダンプトラック１を用いて説明するが、作業車両はダンプトラック１に限定されず、グレーダやホイールローダでもよい。

＜第１実施形態＞
第１実施形態は、１つのＬＩＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）を用い、１回のスキャン周期で得られる計測結果からレーザ入射角が等しいと見做せる計測データの組を抽出し、反射光強度の差を基に土埃が発生しているかを判定する実施形態である。ＬＩＤＡＲは、レーザを対象物に向けて照射し、照射したレーザの反射光を受信して反射光の反射光強度を出力するセンサである。以下、図面を参照して第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係るダンプトラック１の外観図である。図２は、ダンプトラック１が土埃Ｃを巻上げながら走行している状態を示す図である。

図１に示すように、ダンプトラック１は、左前輪５ＦＬ、右前輪５ＦＲ、左後輪６ＲＬ、及び右後輪を備え、これらの車輪上にサスペンションを介して車体フレーム（ｖｅｈｉｃｌｅｆｒａｍｅ）２と、車体フレーム２上に起伏可能に設けられたベッセル３とが搭載される。更に車体フレーム２の前側上方に運転室４が設けられている。また、車体フレーム２の前方上部にあるデッキにＧＰＳアンテナ７が備えられる。ダンプトラック１は、後輪駆動車両であり、左前輪５ＦＬ、右前輪５ＦＲが従動輪、左後輪６ＲＬ、及び右後輪が駆動輪である。

更にダンプトラック１は、車体フレーム２の左側面における左後輪６ＲＬ付近であって、左後輪６ＲＬの車輪接地点よりも前から後ろまでの路面Ａがスキャン範囲に含まれる位置に左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを備える。また車体フレーム２の右側面における右後輪付近であって、右後輪の車輪接地点よりも前から後ろまでの路面Ａがスキャン範囲に含まれる位置に右ＬＩＤＡＲ１０Ｒを備える。

左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒは、ダンプトラック１が路肩や周辺障害物を計測するために備えられたセンサであり、本実施形態ではＬＩＤＡＲを用いて説明するが、カメラ、また距離画像センサでもよい。なお、本実施形態では、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの二台をダンプトラック１に備えるが、路面Ａが土埃Ｃを発生しやすい状態であるかを検出する目的においては、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ又は右ＬＩＤＡＲ１０Ｒのいずれか一つがあればよい。よって、以下の説明では左ＬＩＤＡＲ１０Ｌの出力だけを用いて路面状態を検出する処理について説明するが、右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの出力だけで路面状態を検出してもよい。以下では、主に左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを例に挙げて説明するが、右ＬＩＤＡＲ１０Ｒに置き換えても同様の作用効果を奏する。

図２に示すように、路面Ａが乾いた土であると、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌと路面との間に左後輪６ＲＬの回転によって土埃Ｃが撒きあげられる。該土埃Ｃは、従動輪である左前輪５ＦＬの回転によっても巻き上げられるが、より多くの土埃Ｃが駆動輪である左後輪６ＲＬ及び右後輪によって巻き上げられる。つまり、駆動輪の車輪接地点、即ち左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも後方により多くの土埃Ｃが巻き上がる。よって、本実施形態では、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬの前後における左ＬＩＤＡＲ１０Ｌの出力差に基づいて土埃Ｃの発生を判断する。

左ＬＩＤＡＲ１０Ｌは、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌのレーザ照射面からなるスキャン面１１Ｌと路面Ａとの交線からなる左路面直線ＸＬの前端が、左後輪６ＲＬが路面Ａと接する左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりもダンプトラック１の進行方向前方にあり、後端が、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりもダンプトラック１の進行方向後方にあるように車体フレーム２に取り付けられる。左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも前方の前方左計測点１１Ｌ＿ｉは前方計測点に相当し、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも後方の後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍは後方計測点に相当する。つまり、第１実施形態では、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌが前方出力及び後方出力の両方を出力し、前方センサ及び後方センサの両方の機能を実現する。

これにより、１台の左ＬＩＤＡＲ１０Ｌにより、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも前の土埃Ｃの影響が少ない又は影響がない路面Ａを計測し、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも後ろの走行で巻き上がった土埃Ｃを通して路面Ａも計測することができる。

また、ダンプトラック１の下部に左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを設置すると、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌの検出面が汚れることがある。しかし、ダンプトラック１の左側面上部、特に左側面における左後輪６ＲＬ上部に取り付けられることで、舞いあがった土埃Ｃが左ＬＩＤＡＲ１０Ｌの検出窓に付着する頻度を抑えることができる。

右ＬＩＤＡＲ１０Ｒも同様に、右路面直線ＸＲが、右前輪５ＦＲが路面Ａに接する右車輪接地点よりも前の右前方計測点１１Ｒ＿ｉから右車輪接地点よりもダンプトラック１の進行方向後方の右後方計測点１１Ｒ＿ｉ＋ｍまでを含む位置とスキャン角度を有するように、車体フレーム２に取り付けられる。

図３はダンプトラック１のハードウェア構成図である。ダンプトラック１は鉱山内に設けられた搬送路を走行する。鉱山内には管制センタ２００が設置され、ダンプトラック１を含む鉱山内を走行する作業車両の交通管制を行う。

ダンプトラック１は、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ、右ＬＩＤＡＲ１０Ｒ、車速センサ２０、路面状態検出装置１００、ダンプトラック１の位置・姿勢を計測する自己位置演算装置１２０、及び管制センタ２００との間での通信を行う車載通信装置１３０を搭載する。

路面状態検出装置１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤＤ１０４、入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０５、出力Ｉ／Ｆ１０６を含み、これらがバス１０７を介して互いに接続されたコントローラ（コンピュータ）を用いて構成される。管制センタ２００も上記と同様の構成を含む。更に、本実施形態では、路面状態検出装置１００のハードウェア構成としてクロック１０８を含む。クロック１０８は、レーザの照射時刻を計測できればよく、例えばＲＴＣ（Ｒｅａｌ−ＴｉｍｅＣｌｏｃｋ）を用いて構成し、時刻データとして協定世界時刻を用いてもよい。

路面状態検出装置１００の入力Ｉ／Ｆ１０５には、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの其々と、車速センサ２０と、自己位置演算装置１２０とが接続される。

また路面状態検出装置１００の出力Ｉ／Ｆ１０６には、車載通信装置１３０が接続される。

自己位置演算装置１２０は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）１２１及びＩＭＵ（慣性計測装置）１２２のいずれか、又はこれらを組み合わせて構成されてもよい。本実施形態では、ＧＰＳ１２１及びＩＭＵ１２２を搭載し、ＧＰＳ１２１が出力する絶対座標（又は外部座標と称する）に対してＩＭＵ１２２の出力を用いて補正を行う位置補正器１２３を更に含む。なお、車体フレーム２はサスペンションを介して車輪上に搭載されるので、路面Ａに対してサスペンションの伸縮に伴う車体姿勢のずれが生じる。よって、ＩＭＵ１２２の出力は、路面Ａに対する車体フレーム２のピッチ角、ヨー角、ロール角により定義された車体姿勢データを含み、車体姿勢データが入力Ｉ／Ｆ１０５に出力される。

管制センタ２００は、車載通信装置１３０から土埃発生データを受信するためのセンタ側通信装置２３０と、土埃発生データを基に路面状態を監視する路面状態監視装置２１０とが備えられる。

図４は路面状態検出装置１００及び路面状態監視装置２１０の機能ブロック図である。左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ、右ＬＩＤＡＲ１０Ｒ、車速センサ２０、及び自己位置演算装置１２０は入力Ｉ／Ｆ１０５に接続される。路面状態検出装置１００は、入力Ｉ／Ｆ１０５、クロック１０８、センサ出力取得部１１１、レーザ入射角算出部１１２、出力差算出部１１３、土埃発生判定部１１４、出力Ｉ／Ｆ１０６、及び同一地点出力特定部１１７を含む。

更に路面状態検出装置１００は、路面状態データ記憶部１１５、土埃判定閾値記憶部１１６、及びセンサ間距離記憶部１４２を含む。これらは、ＲＡＭ１０３やＨＤＤ１０４の一部領域に構成されてもよい。

路面状態監視装置２１０は、入力Ｉ／Ｆ２１１と、路面状態地図作成部２１２と、路面状態地図記憶部２１３とを含む。

路面状態検出装置１００及び路面状態監視装置２１０各部の機能は、図５の処理フローを参照して後述する。各部は、各々の機能を実現するソフトウェアと、図３に示すハードウェアとが協働して構成される。

別の構成例として、路面状態検出装置１００及び路面状態監視装置２１０は、図４に示す機能を実現するマイコン装置を単数又は複数用いて構成されてもよい。

以下、図５を参照して、ダンプトラック１が走行しながら路面状態、特に土埃Ｃの発生しやすさを検出する処理について説明する。図５は、土埃検出処理の流れを示すフローチャートである。

ダンプトラック１の走行中、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌは、レーザ照射角θｉ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、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも前から後ろに向かってレーザを周期的に順次照射して扇状のスキャン範囲を形成し、路面Ａ上の計測点からの反射光を受信する。

第１実施形態では左ＬＩＤＡＲ１０Ｌが１回のスキャン周期内で左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも前にある前方左計測点１１Ｌ＿ｉと、後ろにある後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍとのそれぞれを計測する。ここで、前方左計測点１１Ｌ＿ｉと、後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍとのスキャン時刻の時間差は、後述するステップＳ２における自己位置演算装置１２０による自己位置の計測及び車体姿勢のスキャン周期（例えば概ね１回／秒）に比べて小さいので、前方左計測点１１Ｌ＿ｉと、後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍとは下記の説明においてほぼ同時、即ち同一のステップＳ１において計測できるものとして説明する。

より詳しくはステップＳ１において、前方左計測点１１Ｌ＿ｉに向かってレーザを照射し、前方左計測点１１Ｌ＿ｉで反射したレーザ反射光を受信する。そして、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌは、前方左計測点１１Ｌ＿ｉに向かってレーザを照射したときのレーザ照射方向、受信したレーザ反射光に基づいて算出した左ＬＩＤＡＲ１０Ｌから前方左計測点１１Ｌ＿ｉまでの計測距離Ｄ、及びレーザ反射光強度を計測し、路面状態検出装置１００に出力する。同様に、後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍについても同様である（Ｓ１）。センサ出力取得部１１１は、前方左計測点１１Ｌ＿ｉを計測して得られた前方出力及び後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍを計測して得られた後方出力を取得する。

ステップＳ２において、自己位置演算装置１２０は自己位置を算出して自己位置データを出力する。センサ出力取得部１１１は、自己位置データ及びＩＭＵ１２２が計測した車体姿勢データを取得する（Ｓ２）。

ステップＳ３において、センサ出力取得部１１１は、自己位置データ及び車体姿勢データと、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌの車体フレーム２に対する設置位置及び取付角度から、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌによる路面Ａ上の計測点の外部座標系での位置を算出し、その算出位置と前方出力及び後方出力に含まれるレーザ反射光強度（センサ出力に相当する）を対応付けて路面状態データ記憶部１１５に記録する（Ｓ３）。センサ出力取得部１１１は、クロック１０８から時刻データを取得し、センサ出力と取得した時刻とを関連付け、レーザ入射角算出部１１２に出力する。よって、本ステップ以後のセンサ出力には時刻データが紐づいている。なお、センサ出力取得部１１１が左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒからセンサ出力を取得した時刻と、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒのそれぞれがレーザを照射した時刻、及び左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒのそれぞれがセンサ出力を出力した時刻は厳密には異なるが、ダンプトラック１の挙動が変化する時間に比べてこれらの時刻の時間差は微差であり、ダンプトラック１の挙動を考える上でこれらの時刻は同一の時刻と見做してもよい。よって、本実施形態では、センサ出力取得部１１１がセンサ出力に紐づける時刻データは、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの其々がレーザを照射して路面を計測した時刻と同じものとして説明する。

ステップＳ４において、レーザ入射角算出部１１２は、複数の計測点の集合からなる計測点群から左ＬＩＤＡＲ１０Ｌのスキャン面１１Ｌと路面Ａとの交線である左路面直線ＸＬを求める。そしてレーザ入射角算出部１１２は、左路面直線ＸＬとセンサ原点から各計測点への直線とがなす角と、スキャン面１１Ｌと前方左計測点１１Ｌ＿ｉにおける路面Ａとがなす角からレーザ入射角αｉを算出し、ステップＳ３のレーザ反射光強度に追加する形で、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌによる計測点での路面上へのレーザ入射角αｉ及び計測距離Ｄを路面状態データ記憶部１１５に記録する（Ｓ４）。

図６に、レーザ入射角αｉの算出方法を示す。

図６に示すように、レーザ入射角αｉは路面Ａ（平面とする）の法線εと、路面Ａに対して照射されたレーザとのなす角として定義する。左ＬＩＤＡＲ１０Ｌのレーザ照射点から前方左計測点１１Ｌ＿ｉ、後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍまでの距離は計測距離Ｄとして表す。

図７に示すように、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌで計測した路面Ａ上の計測点群から求めた左路面直線ＸＬをＸＬ：ｙ＝ａｘ＋ｂとすると、センサ座標系のＸ軸に対する路面傾きβは、下式（１）で表せる。

従って、レーザ照射角θｉの前方左計測点１１Ｌ＿ｉでの路面Ａに対するレーザ入射角αｉは、下式（２）で表せる。

ステップＳ５において、同一地点出力特定部１１７は、入力Ｉ／Ｆ１０５を介して車速センサ２０が計測した車速Ｖを取得する。そして同一地点出力特定部１１７は、路面状態データ記憶部１１５に記憶された計測点のうち、前方左計測点１１Ｌ＿ｉと後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍとの中から、計測点の位置、計測距離Ｄの差、及びレーザ入射角αｉの差がどれも閾値以下である計測点の組を抽出する（Ｓ５）。

同一地点出力特定部１１７は、前方左計測点１１Ｌ＿ｉを計測した第１時刻から後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍを計測した第２時刻までの時間に車速Ｖを乗算した値が、センサ間距離と同じ又は同じと見做せる範囲内にある前方左計測点１１Ｌ＿ｉ及び後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍの組を特定する。

図８、図９は、前方左計測点１１Ｌ＿ｉ、後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍと、車速Ｖ［ｍ／ｓ］、スキャン距離Ｔｉの関係を示す図である。図８、図９のように左前輪上部の高さＨ［ｍ］位置に左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを下向きに設置した場合、車速Ｖで平面上を走行しているダンプトラック１のレーザ照射角θｉ方向の計測と、その２Ｈｔａｎθ／Ｖ後にレーザ照射角−θｉ＋ｍ方向の測定では、計測点の位置、計測距離Ｄ（図６参照）、レーザ入射角αｉ（図６参照）がどれも同一となり、この計測点の組は、ステップＳ５で抽出されることになる。

次に、ステップＳ６において、出力差算出部１１３は、ステップＳ５で抽出した計測点の組に対して、それぞれレーザ反射光強度の差を求める。ここで土埃量を反射光強度の差で推定するのは、計測点の路面Ａ（のレーザ反射率）、計測距離Ｄ、レーザ入射角αｉが同じ場合、レーザ反射光強度は、光路上にある土埃Ｃによる光の減衰量に依存するためであり、土埃Ｃが多いほど、光の減衰量が大きくなり、レーザ反射光強度も小さくなるからである。この特性を用いれば、レーザ反射光強度の差によって、土埃量の大小を判定することができることになる。

ステップＳ７において、土埃発生判定部１１４は、ステップＳ６で求めたレーザ反射光強度の差が、土埃判定閾値記憶部１１６に予め記憶された土埃発生閾値以上であるかを判定する（Ｓ７）。土埃発生閾値は、例えば外界センサの認識性能を低減させる程度の土埃量が発生したときのレーザ反射光強度の減衰量を基に定めてもよい。

土埃発生判定部１１４は、ステップＳ６で求めたレーザ反射光強度の差が土埃発生閾値以上であれば（Ｓ７／Ｙｅｓ）、土埃判定閾値以上となった出力値の差の算出基礎となった前方左計測点１１Ｌ＿ｉ又は後方左計測点１１Ｌ＿ｉ＋ｍの少なくとも一つに対応付けられた自己位置データを読み出す。そして、土埃が発生していることを示すデータ、例えば土埃が発生したと判定された場合に値「１」とするフラグと、レーザ反射光強度の差が土埃閾値以上となった計測点の位置（上記読み出した自己位置データに相当する）とを含む土埃発生データを生成し、車載通信装置１３０に出力する。土埃発生データには、レーザ入射角αｉ、計測距離Ｄ、及びレーザ反射光強度を含んでもよい。車載通信装置１３０は管制センタ２００へ土埃発生データを送信する。

管制センタ２００のセンタ側通信装置２３０は土埃発生データを受信する。路面状態監視装置２１０では、入力Ｉ／Ｆ２１１を介して路面状態地図作成部２１２が土埃発生データを取得し、土埃発生データから計測点の位置を読み出し、計測点の位置をマッピングした路面状態地図を作成する。そして路面状態地図作成部２１２は、路面状態地図を路面状態地図記憶部２１３へ書き込む。

なお、前述したように、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌでは、レーザ照射角θｉを予め定めた所定の角度毎に徐々に変化させて計測点を走査し、所定の角度毎の路面Ａまでの距離、及び、レーザ反射光強度を計測する。従って、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌのスキャン面１１Ｌがダンプトラック１の進行方向と平行となるように左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを車体フレーム２に設置した場合には、計測点の計測距離Ｄとレーザ入射角αｉとが同一となる計測点の組が存在し、このことは、土埃検出の信頼性を向上させることにつながる。

図１０は、車体フレーム２がピッチングしている状態におけるレーザ入射角αｉを示す図である。図１０のように、路面Ａに対して車体フレーム２が角度Ｐを有してピッチングしている場合であっても、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌのスキャン面１１Ｌがダンプトラック１の進行方向と平行となるように左ＬＩＤＡＲ１０Ｌを車体フレーム２に設置した場合には、計測点の計測距離Ｄとレーザ入射角αｉとが同一となる計測点の組が存在する。

上記において、レーザ入射角αｉ及び計測距離Ｄによって、レーザ反射光強度に土埃Ｃが与える影響が異なるため、Ｓ７における土埃判定閾値は、レーザ入射角αｉ及び計測距離Ｄによって変えると好ましい。

また、ステップＳ７においては、レーザ反射光強度の差が土埃発生閾値以上となる組がひとつでもあれば土埃Ｃが発生したと判定したが、平均値や最大値と閾値とを比較することで、土埃の発生を判定しても良い。

本実施形態によれば、作業車両の駆動輪の車輪接地点よりも前の路面Ａ及び後ろの路面Ａにある計測点からのレーダの反射光強度の差の大小により、路面状態が土埃Ｃを発生しやすい状態であるか否かを判定できる。そして、その判定結果を管制センタ２００に送信することにより、路面状態地図が作成される。これにより、オペレータが路面状態地図を参照して散水車を配車したり、土埃発生領域の走行を制限したりして対応することが可能となる。

なお、上記第１実施形態では、ダンプトラック１の位置・姿勢に基づき計測点の位置を求め、同じ地点の路面Ａを、車輪が通過する前と後とでそれぞれ計測し、レーザ反射光強度の差に基づき土埃Ｃの発生を判定していた。しかし、路面Ａが平坦でどの地点でも反射率などのレーザに対する特性が均一と見做せる場合には、同じ地点を計測する必要は無く、レーザ入射角αｉ及び計測距離Ｄがほぼ同じ計測の組に対してレーザ反射光強度の差に基づき土埃Ｃの発生を判定しても良い。これにより、レーザ反射光強度などの過去の計測データを記録して用いる必要は無くなり、土埃Ｃの発生状況をリアルタイムで検知することができるようになる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、複数のＬＩＤＡＲを用い、同じ地点を時刻を変えて２度スキャンして得られた計測データのレーザ反射光強度の差を基に、土埃Ｃが発生しているかを判定する実施形態である。

図１１は、第２実施形態に係るダンプトラック１ａの外観図である。第２実施形態では、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも前、（本実施形態では左前輪接地点Ｃ＿ＦＬよりも前）の路面Ａを計測する前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆと、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬよりも後ろの路面Ａを計測する後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒとを含む複数のＬＩＤＡＲを備える。図１１の例では、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆは車体フレーム２の前部に設置されたデッキに設置される。また後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒは車体フレーム２の側面であって左後輪６ＲＬよりも後ろに設置される。

図１２は、第２実施形態に係るダンプトラック１ａのハードウェア構成図である。図１３は、第２実施形態に係る路面状態検出装置１００及び路面状態監視装置２１０の機能ブロック図である。第２実施形態では、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒの其々は入力Ｉ／Ｆ１０５に接続される。前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒは、レーザの照射方向が１方向、即ち路面上の１点しか計測できないセンサでもよい。

そして前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒの其々が出力した計測データ（前方出力及び後方出力）を基に、第１実施形態と同様、同一地点出力特定部１１７が異なるセンサからなる前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒの其々が出力した計測データから、路面Ａの同一地点を計測した計測データの組を特定する。出力差算出部１１３はこの組に含まれる計測データ（前方出力及び後方出力）の差を算出し、これを基に土埃発生判定部１１４が土埃の発生を判定する。なお、本実施形態に係る路面状態検出装置１００は、第１実施形態の路面状態検出装置１００と同様の構成でよく、相違点は、同一地点出力特定部１１７が路面状態データ記憶部１１５から抽出する計測データは、第１実施形態では同一のセンサが異なる時刻に同一地点を計測して得た計測データの組であるのに対し、第２実施形態では異なるセンサが異なる時刻に同一地点を計測して得た計測データの組である点である。しかし、各組の計測データを出力したセンサが違うのみで、その他の路面状態検出装置１００における処理は第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、レーザの照射方向が１方向のセンサを複数用いて、第１実施形態と同様に路面Ａの同一地点を時間を変えて計測したデータを基に、土埃Ｃの発生判定を行う事ができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆが計測した地点と同じ地点を後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒに能動的に計測させて、土埃Ｃが発生しているかを判定する実施形態である。なお、第１実施形態及び第２実施形態で用いたＬＩＤＡＲは、一定周期でデータを出力するセンサを用いて説明したが、本実施形態で用いるＬＩＤＡＲは、レーザ照射を指示する信号（コマンド）を受けてレーザを照射するセンサである。

第３実施形態に係るダンプトラック１ｂの外観は第２実施形態と同様であるので説明を省略する。

図１４及び図１５を参照して第３実施形態について説明する。図１４は、第３実施形態に係るダンプトラック１ｂのハードウェア構成図である。図１５は、第３実施形態に係る路面状態検出装置１００ｂ及び路面状態監視装置２１０の機能ブロック図である。

図１４に示すように、本実施形態では、出力Ｉ／Ｆ１０６に前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒが接続される。

また図１５に示すように、本実施形態に係る路面状態検出装置１００ｂは、タイミング演算部１４１、及びレーザ照射信号生成部１４３を備える。

本実施形態では、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒの其々は、共に路面Ａ上の１点を計測する。前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆの前方計測点２２Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒの後方計測点２２Ｒは、前方計測点２２Ｆ及び後方計測点２２Ｒを結ぶ直線が、ダンプトラック１が直進している状態において進行方向と平行になるように、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒは車体フレーム２に取り付けられる。前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆが車体フレーム２に取り付けられた位置と、後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒが車体フレーム２に取り付けられた位置との間の距離（センサ間距離）は、センサ間距離記憶部１４２に記憶される。

タイミング演算部１４１は、入力Ｉ／Ｆ１０５を介してクロック１０８から得た時刻データに紐づけられた前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆのセンサ出力を取得する。同時に車速Ｖも取得する。

次いでタイミング演算部１４１は、センサ間距離記憶部１４２からセンサ間距離を読み出す。ダンプトラック１ｂが水平面上を走行し、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆ及び後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒのスキャン角度が水平面、又は車体フレーム２に対して同じ角度であるとすると、このセンサ間距離は、水平面上における前方計測点２２Ｆ及び後方計測点２２Ｒの間隔（スキャン距離）Ｔｉと同一と見做してよい。よって、本実施形態ではセンサ間距離をスキャン距離Ｔｉと見做して説明する。

タイミング演算部１４１は、ダンプトラック１の車速Ｖとすると、スキャン距離Ｔｉを車速Ｖで除算してタイミングラグΔｔを演算し、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆが前方計測点２２Ｆを計測した第１時刻からタイミングラグΔｔ相当の時間遅い第２時刻を、後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒのレーザ照射タイミングとして演算し、その演算結果をレーザ照射信号生成部１４３に出力する。

レーザ照射信号生成部１４３は、出力Ｉ／Ｆ１０６を介して後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒに第２時刻に路面Ａを計測する、すなわちレーザを照射させるための信号を出力する。

後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒは第２時刻で路面Ａを計測して得たセンサ出力を入力Ｉ／Ｆ１０５に出力する。

路面状態データ記憶部１１５には、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆが第１時刻に路面上を計測した計測データから、Δｔ時遅れで後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒが同一地点を計測した計測データが随時記憶される。そこで、同一地点出力特定部１１７は、同一地点を時間を変えて計測した計測データの組を抽出し、出力差算出部１１３に出力する。以後の処理は第１、第２実施形態と同様である。なお、レーザ照射信号生成部１４３は、前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆに第１時刻にレーザを照射させる信号も出力する。レーザ照射信号生成部１４３が第１時刻を決める方法は任意でよく、この第１時刻を基に第２時刻を決定する点に本実施形態の特徴がある。

本実施形態によれば、後方ＬＩＤＡＲ２１Ｒに対して前方ＬＩＤＡＲ２１Ｆが計測した地点と同一地点を計測するように能動的に制御することで、土埃発生の判定精度を向上させることができる。

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。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。

例えば、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ及び右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの両方を用いて路面状態検出装置１００が土埃検出処理を実行した場合、左ＬＩＤＡＲ１０Ｌ又は右ＬＩＤＡＲ１０Ｒの少なくとも一つにおいて土埃が発生していると判定された場合には、土埃発生データを出力するように構成してもよい。

また上記ではクロック１０８を備え、時刻データを使って上記処理を実行したが、時刻データはＣＰＵ１０１の起動時刻などのオフセットがある状態の時刻でもよい。また、ＣＰＵ１０１のクロック以外にも、各ＬＩＤＡＲから出力されるデータのタイムスタンプを用いてもよい。この場合、時刻データはセンサ起動からのデータとなる。

また上記では車速センサ２０を備え、車速Ｖを用いて同一地点の特定を行ったが、自己位置演算装置１２０がある場合には自己位置演算装置１２０が演算した自己位置を基に同一地点の特定を行ってもよい。この場合、車速センサは必須ではない。

また本実施形態では、土埃Ｃが従動輪よりも駆動輪から発生しやすい特性を利用して、駆動輪の車輪接地点の前後を計測したが、従動輪の車輪接地点の前後を計測した結果を比較して土埃Ｃの発生状況を検出してもよい。

また後方センサとしてのライダー、例えば第１実施形態における左ライダー１０Ｌは、左後輪接地点Ｃ＿ＲＬの前後を計測できるように車体フレーム２に取り付けられる。その取付位置の例は、例えば図１６に示すように、デッキ後部でもよいし作動油タンクの側面でもよい。また車体フレーム２の後部でもよい。

１：ダンプトラック
１００：路面状態検出装置
１２０：自己位置演算装置
１３０：車載通信装置
２００：管制センタ
２１０：路面状態監視装置
２３０：センタ側通信装置
Ａ：路面

Claims

駆動輪と、前記駆動輪上に搭載された車体フレームと、前記車体フレームに設置され、前記駆動輪が路面に接地する車輪接地点よりも前の路面状態を検出する前方センサと、前記車体フレームに設置され、前記車輪接地点よりも後ろの路面状態を検出する後方センサと、を備えた作業車両に搭載される路面状態検出装置であって、
前記路面状態検出装置は、前記前方センサ及び前記後方センサの其々に接続されたコントローラにより構成され、
前記コントローラは、
前記前方センサから出力される前方出力及び前記後方センサから出力される後方出力を取得し、
前記前方出力及び前記後方出力の出力値の差を算出し、
前記出力値の差及び土埃が発生しているかを判定するための土埃判定閾値を比較し、
前記出力値の差が前記土埃判定閾値以上となった場合に土埃が発生しやすい路面状態であると判定する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項１に記載の路面状態検出装置であって、
前記駆動輪は前記作業車両の後輪であり、
前記コントローラは、前記後輪の車輪接地点よりも前の路面状態を検出した前方出力と、前記後輪の車輪接地点よりも後ろの路面状態を検出した後方出力と、を取得する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項１に記載の路面状態検出装置であって、
前記前方センサ及び前記後方センサの其々は、レーザを前記路面に向けて照射し、照射したレーザの反射光を受信して前記反射光の反射光強度を出力するセンサを用いて構成され、
前記後方センサは前記前方センサから前記路面までの高さと同じ高さに設置され、
前記コントローラは、前記前方出力が示す反射光強度及び前記後方出力が示す反射光強度の差を前記出力値の差として算出する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項３に記載の路面状態検出装置であって、
前記前方センサは前記車体フレームにおける前記車輪接地点よりも前に設置され、
前記後方センサは前記車体フレームにおける前記車輪接地点よりも後ろに設置され、
前記コントローラは、前記前方センサが前記車輪接地点よりも前の路面上にある前方計測点を計測して得た前記前方出力と、前記前方センサが前記前方計測点を計測した第１時刻よりも遅い第２時刻において、前記後方センサが前記車輪接地点よりも後ろの路面上にある後方計測点を計測して得た前記後方出力と、を取得する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項４に記載の路面状態検出装置であって、
前記前方センサ及び前記後方センサの其々は、周期的にレーザを照射するセンサであり、
前記コントローラは、前記作業車両に搭載された前記作業車両の車速を計測する車速センサに更に接続されると共に、周期的に照射されるレーザの照射時刻を計測するクロックを含んで構成され、
前記前方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置から前記後方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置までのセンサ間距離を記憶し、
前記前方出力を計測した前記第１時刻から前記後方出力を計測した前記第２時刻までの時間に前記車速センサから取得した車速を乗算した値が、前記センサ間距離と同じとなる前記前方センサの出力及び前記後方センサの出力の組を特定し、
前記組に含まれる前記前方出力及び前記後方出力の差を算出する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項４に記載の路面状態検出装置であって、
前記作業車両は、前記作業車両の車速を計測する車速センサを更に備え、
前記前方センサ及び前記後方センサの其々は、レーザを照射する信号に応じて前記レーザを照射して計測を行うセンサであり、
前記コントローラは、前記車速センサに更に接続されると共に、前記前方センサ及び前記後方センサがレーザを照射する照射時刻を計測するクロックを含んで構成され、
前記前方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置と、前記後方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置との間の距離を前記車速センサから取得した車速で除算してタイミングラグを演算し、
前記前方センサが計測した前記第１時刻から前記タイミングラグに相当する時間遅い前記第２時刻を前記後方センサがレーザを照射するタイミングとして演算し、
前記第２時刻に前記後方センサにレーザを照射させるための照射信号を生成し、前記後方センサに出力し、
前記後方センサは、前記照射信号を受けてレーザを照射する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項１に記載の路面状態検出装置であって、
前記前方センサ及び前記後方センサの各々は、前記路面に対してレーザを前方から後方に向けて順次照射し、レーザ照射面からなるスキャン面が前記作業車両の進行方向と平行となる向きに前記車体フレームに設置された一つのライダーを用いて構成され、
前記ライダーのスキャン面と前記路面とが交わる路面直線の前端は前記車輪接地点よりも前方にあり、前記路面直線の後端は前記車輪接地点よりも後方にあり、
前記コントローラは、前記ライダーの１回のスキャン中に前記車輪接地点よりも前の前方計測点を計測して得られた前方出力と、前記路面に対して前記前方計測点を計測する際のレーザ入射角と同じレーザ入射角で前記車輪接地点よりも後ろの後方計測点を計測して得られた後方出力と、を取得する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項７に記載の路面状態検出装置であって、
前記コントローラは、前記作業車両に搭載された前記作業車両の車速を計測する車速センサに更に接続されると共に、周期的に照射されるレーザの照射時刻を計測するクロックを含んで構成され、
前記ライダーは、前記前方計測点を第１時刻に計測した結果を前記前方出力として出力すると共に、前記駆動輪が前記前方計測点を通過した後の第２時刻に計測した結果を前記後方出力として出力し、
前記コントローラは、
前記前方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置から前記後方センサの前記車体フレームに取り付けられた位置までのセンサ間距離を予め記憶し、
前記前方出力を計測した前記第１時刻から前記後方出力を計測した前記第２時刻までの時間に前記車速センサから取得した車速を乗算した値が、前記センサ間距離と同じとなる前記前方センサの出力及び前記後方センサの出力の組を特定し、
前記組に含まれる前記前方出力及び前記後方出力の差を算出する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。
請求項１に記載の路面状態検出装置であって、
前記作業車両は、自己位置を演算して自己位置データを出力する自己位置演算装置と、
前記作業車両が走行する路面状態を監視する路面状態監視装置に対して送信する車載通信装置と、を更に備え、
前記コントローラは、前記自己位置演算装置及び車載通信装置の其々に接続され、
前記コントローラは、
前記自己位置演算装置から前記作業車両の自己位置データを取得し、
前記前方出力、前記後方出力、及び前記自己位置データを対応付けた路面状態データを記録し、
前記出力値の差が前記土埃判定閾値以上であると判定すると、前記路面状態データを参照し、前記土埃判定閾値以上となった前記出力値の差の算出基礎となった前記前方出力又は前記後方出力の少なくとも一つに対応付けられた前記自己位置データを読み出し、
前記出力値の差が前記土埃判定閾値以上となったことを示すデータ及び前記読み出した自己位置データを含む土埃発生データを生成し、前記車載通信装置へ出力する、
ことを特徴とする路面状態検出装置。