(57)【要約】【課題】オフロード環境下においても路面を精度よく推定する技術を提供する。【解決手段】運搬車両の車両フレームの前部に設置された左ライダーからの出力に基づき、複数の左計測点を結ぶ左交線を算出すると共に、車両フレームの前部に設置された右ライダーからの出力に基づき、複数の右計測点を結ぶ右交線を算出するステップ（Ｓ２）と、左交線及び右交線を、車両フレームの前後軸、車両フレームの左右軸、及び車両フレームの高さ軸からなる車体座標系に変換するステップ（Ｓ３）と、車体座標系に変換された左交線及び右交線のそれぞれに直交する直交ベクトルを算出するステップ（Ｓ４）と、直交ベクトルを法線ベクトルとする平面を車体座標系上の位置座標として算出し、その平面を路面と推定するステップ（Ｓ５）と、を含む。【選択図】図４
2018132376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両フレームと、
車輪と、
車体及び車輪の間に介装されたサスペンションと、
前記車両フレームの前部に設置された左ライダーと、
前記左ライダーに対して車幅方向に沿って右側に間隔を空けて前記車両フレームの前部に設置された右ライダーと、
前記左ライダー及び前記右ライダーのそれぞれに接続され、前記左ライダーからの出力及び前記右ライダーからの出力に基づいて車体座標系で表された路面の平面位置を推定する路面推定装置と、を備え、
前記左ライダーは、路面に向けてレーザを照射する左レーザ照射部、及び前記レーザが前記路面上の点である左計測点において反射され、当該左計測点からの反射光を受光して前記左計測点を示す左ライダー出力を生成する左受光センサを含み、
前記右ライダーは、前記路面に向けてレーザを照射する右レーザ照射部、及び前記レーザが前記路面上の点である右計測点において反射され、当該右計測点からの反射光を受光して前記右計測点を示す右ライダー出力を生成する右受光センサを含み、
前記路面推定装置は、
前記左ライダー出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の左計測点を結ぶ左交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出する左交線算出部と、
前記右ライダー出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の右計測点を結ぶ右交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出する右交線算出部と、
前記左交線及び前記右交線を、前記車両フレームの前後軸、前記車両フレームの左右軸、及び前記車両フレームの高さ軸からなる車体座標系に変換する車体座標変換部と、
前記車体座標系に変換された前記左交線及び前記右交線のそれぞれに直交する直交ベクトルを算出する直交ベクトル算出部と、
前記直交ベクトルを法線ベクトルとする平面を車体座標系上の位置座標として算出し、その平面を路面として推定する路面推定部と、を含む、
ことを特徴とする運搬車両。
【請求項２】
請求項１に記載の運搬車両において、
前記左ライダーのレーザ走査面と前記右ライダーのレーザ走査面とは、前記車両フレームの前方路面において交差する、
ことを特徴とする運搬車両。
【請求項３】
請求項１に記載の運搬車両において、
前記左交線算出部は、前記左受光センサが受光した反射光の隣接する計測点間の反射強度変化が所定の範囲にある計測点を走査順に結んでできた線分を前記左交線として算出し、
前記右交線算出部は、前記右受光センサが受光した反射光の隣接する計測点間の反射強度変化が所定の範囲にある計測点を走査順に結んでできた線分を前記右交線として算出する、
ことを特徴とする運搬車両。
【請求項４】
請求項１に記載の運搬車両において、
前記路面推定装置は、
前記左交線を基に、前記運搬車両が走行する路面の側方に位置する路肩と前記路面との連結点である左路肩点を検出する左路肩点検出部と、
前記右交線を基に、前記路肩と前記路面との連結点である右路肩点を検出する右路肩点検出部と、
前記左交線から前記左路肩点よりも前記運搬車両に近い線分を抽出すると共に、前記右交線から前記右路肩点よりも前記運搬車両に近い線分を抽出する路肩間抽出部と、
を更に備え、
前記車体座標変換部は、前記路肩間抽出部が抽出した線分を前記車体座標系に変換する、
ことを特徴とする運搬車両。
【請求項５】
請求項１に記載の運搬車両において、
前記左ライダーのレーザ走査面と前記右ライダーのレーザ走査面とは平行である、
ことを特徴とする運搬車両。
【請求項６】
運搬車両の車両フレームの前部に設置された左ライダーが路面に向けて照射したレーザが、前記路面上の点である左計測点において反射され、当該左計測点からの反射光を受光して検出した左計測点を示す左ライダー出力、及び前記左ライダーに対して車幅方向に沿って右側に間隔を空けて車両フレームの前部に設置された右ライダーが路面に向けて照射したレーザが、前記路面上の点である右計測点において反射され、当該右計測点からの反射光を受光して検出した右計測点を示す右ライダー出力に基づいて車体座標系で表された路面の平面位置を推定する路面推定方法であって、
前記左ライダーからの出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の左計測点を結ぶ左交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出すると共に、右ライダーからの出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の右計測点を結ぶ右交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出するステップと、
前記左交線及び前記右交線を、前記車両フレームの前後軸、前記車両フレームの左右軸、及び前記車両フレームの高さ軸からなる車体座標系に変換するステップと、
前記車体座標系に変換された前記左交線及び前記右交線のそれぞれに直交する直交ベクトルを算出するステップと、
前記直交ベクトルを法線ベクトルとする平面を車体座標系上の位置座標として算出し、その平面を路面と推定するステップと、
を含むことを特徴とする路面推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運搬車両及び路面推定方法に係り、特に鉱山等のオフロード路面の推定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、「車両に設けられ、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角を変化させて、レーザ光を路面に照射する位置と車体との距離である前方注視点距離を可変にするレーザレーダと、照射されたレーザ光が障害物に反射した反射波からレーザレーダと障害物との距離を検出し、レーザレーダと障害物との距離と、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第１高さ演算部と、レーザ光が照射された障害物の影の長さを検出し、障害物の影の長さと、路面に照射するレーザ光の車両に対する俯角とから、障害物の路面からの高さを演算する第２高さ演算部と、障害物の路面からの高さ演算を、第１高さ演算部と、第２高さ演算部とに切替える切替え部とを設けた（要約抜粋）」車両用路上障害物検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４８２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１では、路面からの高さを基準に障害物かどうかを判断しているが、この技術は、一般道のように路面がほぼ平らであることを前提としている。
【０００５】
しかし、鉱山のようなオフロードには、路面に凸凹や傾斜があるため、車両が接地している路面と、検出した障害物が接地している路面とは必ずしも同一平面上にあるとは限らない。従って障害物の高さを図った場合、その測定値には障害物が接地している路面と車両が接地している路面とのずれが含まれている可能性があり、測定値が実際の障害物の高さと一致しているとは限らない。従って、この点について、特許文献１では考慮されていない。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、オフロード環境下においても車両から見た検出対象の路面を精度よく推定する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、本発明に係る運搬車両は、車両フレームと、車輪と、車体及び車輪の間に介装されたサスペンションと、前記車両フレームの前部に設置された左ライダーと、前記左ライダーに対して車幅方向に沿って右側に間隔を空けて前記車両フレームの前部に設置された右ライダーと、前記左ライダー及び前記右ライダーのそれぞれに接続され、前記左ライダーからの出力及び前記右ライダーからの出力に基づいて車体座標系で表された路面の平面位置を推定する路面推定装置と、を備え、前記左ライダーは、路面に向けてレーザを照射する左レーザ照射部、及び前記レーザが前記路面上の点である左計測点において反射され、当該左計測点からの反射光を受光して前記左計測点を示す左ライダー出力を生成する左受光センサを含み、前記右ライダーは、前記路面に向けてレーザを照射する右レーザ照射部、及び前記レーザが前記路面上の点である右計測点において反射され、当該右計測点からの反射光を受光して前記
右計測点を示す右ライダー出力を生成する右受光センサを含み、前記路面推定装置は、前記左ライダー出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の左計測点を結ぶ左交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出する左交線算出部と、前記右ライダー出力に基づき、前記レーザのスキャン面及び前記路面との交線からなる、複数の右計測点を結ぶ右交線を、前記路面を基準とする位置座標として算出する右交線算出部と、前記左交線及び前記右交線を、前記車両フレームの前後軸、前記車両フレームの左右軸、及び前記車両フレームの高さ軸からなる車体座標系に変換する車体座標変換部と、前記車体座標系に変換された前記左交線及び前記右交線のそれぞれに直交する直交ベクトルを算出する直交ベクトル算出部と、前記直交ベクトルを法線ベクトルとする平面を車体座標系上の位置座標として算出し、その平面を路面として推定する路面推定部と、を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、オフロード環境下においても路面を精度よく推定する技術を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成、効果は以下の実施形態において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】ダンプトラックの全体構成を示す斜視図
【図１Ｂ】ダンプトラックの左側面図
【図２】ダンプトラックの全体構成を示す上面図
【図３】路面推定装置の概略構成図
【図４】路面推定方法における処理の流れを示すフローチャート
【図５】交線ＸＬ、ＸＲを示す図
【図６】右ライダーの座標系を示す図
【図７】測距データの一例を示す図
【図８】同次変換行列を用いて右ライダーのライダー座標系を車体座標系へ変換する概念を示す図
【図９】直交ベクトルＶＳを示す図
【図１０】平面Ｓｆを示す図
【図１１】路肩間の計測点のみを用いた路面推定処理を示す図
【図１２Ａ】左ライダー及び右ライダーによる路肩検出時のスキャン状態を示す概略斜視図
【図１２Ｂ】路肩点Ｐを示すグラフ
【図１３】路面推定装置の変形例を示す概略構成図
【図１４】左ライダー及び右ライダーの各レーザ走査面が平行である状態を示す図
【図１５Ａ】山壁に近い場所を走行するダンプトラックの概略斜視図
【図１５Ｂ】山壁に近い場所を走行するダンプトラックの概略断面図
【図１６】交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行でない場合の障害物検知距離を示す図
【図１７】交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行な場合の障害物検知距離を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。全図を通じて同一の構成については同一の符号を付け、重複説明を省略する。以下では、運搬車両の一例として鉱山用のダンプトラックを例に挙げて説明するが、油圧ショベルやホイールローダ等、運搬車両の種類は問わない。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１Ａはダンプトラック１の全体構成を示す斜視図である。図１Ｂはダンプトラック１の左側面図である。図２はダンプトラック１の全体構成を示す上面図である。ダンプトラ
ック１は、ダンプトラックに乗車した運転手が運転操作をする所謂有人ダンプトラックでもよいし、ダンプトラックと無線通信回線を介して接続された管制サーバからの管制指示に従って、ダンプトラックが自律走行する、所謂無人ダンプトラックでもよい。
【００１２】
ダンプトラック１は、車両フレーム(vehicle frame)２と、車両フレーム２上に起伏可
能に設けられたベッセル３とを有する。更に車両フレーム２の前側上方に運転室４が設けられている。そして、車両フレーム２の下部には左右の前輪５及び後輪６が備えられる。なお，図１Ｂのように、車両フレーム２と前輪５及び後輪６のそれぞれとの間には、サスペンションコンプライアンスを持つサスペンション７、８が設けられている。
【００１３】
車両フレーム２の前部には左ライダー３０Ｌが設置され、左ライダー３０Ｌと車幅方向に沿って右側に間隔を空けて右ライダー３０Ｒが設置される。本実施形態ではライダーは複数台設置されるが、２台に限定されない。左ライダー３０Ｌ、及び右ライダー３０Ｒのそれぞれは、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上の計測点を走査していき、左ライダー３０Ｌ、及び右ライダー３０Ｒのそれぞれから路面上の各計測点までの距離を計測する。
【００１４】
以下、左ライダー３０Ｌの走査面と路面との交線を交線ＸＬ、右ライダー３０Ｒの走査面と路面との交線を交線ＸＲと称する。図１Ａ、図１Ｂ、図２に示すように、左ライダー３０Ｌと右ライダー３０Ｒとは、交線ＸＬ、交線ＸＲがダンプトラック１の前方において交わるように車両フレーム２に設置される。即ち、左ライダー３０Ｌのレーザ走査面と右ライダー３０Ｒのレーザ走査面とは、車両フレームの前方路面において交差する。点Ｑは交線ＸＬ、交線ＸＲの交点を示す。
【００１５】
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る。オフロード路面は、岩石や礫等の落下物があったり凹みや傾斜があったりするので、公道などの道路や舗装道路の路面と比較して平らではない。そのため、ダンプトラック１の前輪５及び後輪６の接地面と、左ライダー３０Ｌや右ライダー３０Ｒが検出した路面とは同一平面であるとは限らない。
【００１６】
両面が不一致である場合の不都合の一例として、例えば、被検出体の高さを被検出体の接地面から計測して得られた測定値には、ダンプトラック１の接地面と被検出体の接地面との面間の高さや向きの違いが含まれており、被検出体の測定値が被検出体の実測値に一致しなくなるおそれがある。よって、被検出体の高さを正確に検知するには、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒが検出する路面を推定する必要がある。ここでいう路面を推定とは、より詳しくは車体座標系を用いて路面座標系を定義することを意味する。車体座標系は車両フレーム２の前後軸、車両フレーム２の左右軸、及び車両フレーム２の高さ軸からなる直交３軸からなる。
【００１７】
図３は、路面推定装置１００の概略構成図である。
【００１８】
左ライダー３０Ｌは、路面に向けてレーザを照射する左レーザ照射部３２Ｌと、レーザが路面上の点である左計測点において反射され、その反射光を受光して左計測点を示す左ライダー出力を生成する左受光センサ３４Ｌとを含む。
【００１９】
同様に右ライダー３０Ｒは、右レーザ照射部３２Ｒと、右計測点を示す右ライダー出力を生成する右受光センサ３４Ｒとを含む。
【００２０】
路面推定装置１００は、左交線算出部１０２Ｌ、右交線算出部１０２Ｒ、車体座標変換部１０４、直交ベクトル算出部１０６、及び路面推定部１０８を含む。左受光センサ３４
Ｌと左交線算出部１０２Ｌとは接続され、左受光センサ３４Ｌから左ライダー出力が左交線算出部１０２Ｌに入力される。同様に右受光センサ３４Ｒから右ライダー出力が右交線算出部１０２Ｒに入力される。車体座標変換部１０４は、左交線算出部１０２Ｌから左交線を取得し、右交線算出部１０２Ｒから右交線を取得し、車体座標系に変換する。路面推定部１０８は、車体座標系に変換された左交線及び右交線と、左交線算出部１０２Ｌから取得した変換前の左交線上の左計測点、右交線算出部１０２Ｒから取得した変換前の右交線上の右計測点を基に平面を求め、路面を推定する。路面推定部１０８は、推定した路面、より詳しくは路面座標を外部出力する。
【００２１】
次に図４〜図１０を参照して、路面推定装置１００を用いた路面推定方法について説明する。図４は、路面推定方法における処理の流れを示すフローチャートである。図５は交線ＸＬ、ＸＲを示す図である。図６は、右ライダー３０Ｒの座標系を示す図である。図７は、測距データの一例を示す図である。図８は、同次変換行列Ｈｒを用いて右ライダー３０Ｒのライダー座標系ΣＬｒを車体座標系Σｖへ変換する概念を示す図である。図９は、直交ベクトルＶＳを示す図である。図１０は、平面Ｓｆを示す図である。
【００２２】
まず、図５に示すように、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒにより走行路の路面を計測し、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒのそれぞれから路面上の各計測点までの測距データを取得する（Ｓ１）。左ライダー３０Ｌからの測距データが左ライダー出力、右ライダー３０Ｒからの測距データが右ライダー出力に相当する。各ライダーの座標系で定義される。例えば、図６に示すように右ライダー３０Ｒが計測した左計測点は、右ライダー３０Ｒのライダー座標系ΣＬｒで表されている。
【００２３】
左交線算出部１０２Ｌ、及び右交線算出部１０２Ｒは、このＳ１にて取得した測距データに基づいて、図５に示すように交線ＸＬ、交線ＸＲを算出する（Ｓ２）。図７に示すように路面計測点のレーザの反射強度は、路面のように同質なものであれば隣接する計測点間の反射強度変化は小さいと考えられる。一方、障害物がある場合は、例えば他の車両のように金属製の被検出体では、路面よりも反射強度が強く、隣接する計測点間の反射強度の変化が大きく不連続となると共に、車両の凹凸形状に起因して一点鎖点内の領域９０内にある計測点のように、計測点が不連続に点在する。そこで、路面上の計測点はほぼ直線状に並ぶ特性を利用して、左交線算出部１０２Ｌ、及び右交線算出部１０２Ｒは、各計測点を結ぶ直線を抽出し、交線ＸＬ、交線ＸＲを算出する。左交線算出部１０２Ｌ、及び右交線算出部１０２Ｒが直線検出に用いるアルゴリズムは、例えばＨｏｕｇｈ変換でもよいし、ＲＡＮＳＡＣ法でもよい。左交線算出部１０２Ｌ、及び右交線算出部１０２Ｒは、算出した左交線の座標及び右交線の座標を、車体座標変換部１０４に出力する。すなわち、左交線算出部１０２Ｌは左ライダー３０Ｌが受講した反射光の隣接する計測点間の反射強度の変化が所定の範囲にある計測点を走査順に結んでできた線分を左交線として算出する。同様に右交線算出部１０２Ｒも右交線を算出する。
【００２４】
次に車体座標変換部１０４は、交線ＸＬ、ＸＲを車体座標系Σｖ上で定義された方向ベクトルＶｘｌ、Ｖｘｒに変換する（Ｓ３）。図８では、同次変換行列Ｈｒを用いて右ライダー３０Ｒのライダー座標系ΣＬｒを車体座標系Σｖへ変換する概念を示すが、左ライダー３０Ｌにも同次変換行列Ｈｌを用いて車体座標系Σｖに変換する。
【００２５】
ここで，左ライダー３０Ｌ、右ライダー３０Ｒで求めた、それぞれのライダー座標系ΣＬｒ、ΣＬｌでの計測点ＰＲ，ＰＬの車体座標系Σｖへの変換は、それぞれの座標系の点を同次座標により、
【数１】
2018132376.tif 000003
と定義すると、ＰＲ、ＰＬからＰＶへの変換は，同次変換行列Ｈｌ、Ｈｒを用いて、下式（２）で表せる。
【数２】
2018132376.tif 000004
【００２６】
この同次変換行列Ｈｌ、Ｈｒは、左ライダー３０Ｌ、右ライダー３０Ｒの設置位置・姿勢から求めることができ、設計値やキャリブレーション結果に基づいて決定する。
【００２７】
車体座標変換部１０４は、右ライダー３０Ｒの走査面と路面とが交差する交線ＸＲを、次式で定義する。
【数３】
2018132376.tif 000005
【００２８】
同様に車体座標変換部１０４は、交線ＸＬも、下式（４）で定義する。
【数４】
2018132376.tif 000006
【００２９】
車体座標変換部１０４は、車体座標系Σｖでの直線の方向ベクトルは下式（５）により算出する。
【数５】
2018132376.tif 000007
【００３０】
車体座標変換部１０４は、車体座標系Σｖに変換した交線ＸＬ、ＸＲの座標を直交ベクトル算出部１０６に出力する。
【００３１】
直交ベクトル算出部１０６は、図９に示すように、車体座標系Σｖで定義された方向べクトルＶｘｌ、Ｖｘｒに垂直な直交ベクトルＶＳを算出し（Ｓ４）、路面推定部１０８に出力する。
【００３２】
最後に、路面推定部１０８は、図１０に示すように直交ベクトルＶＳを法線ベクトルとする平面のうち、交線ＸＬ、交線ＸＲ上の計測点を含む平面Ｓｆを算出し、この平面Ｓｆを路面と推定する（Ｓ５）。路面に凹凸がある場合、交線ＸＬ、交線ＸＲ上の計測点の全ての点を含む平面Ｓｆが決まらないこともありうる。その場合、交線ＸＬ、交線ＸＲ上の計測点が最も多く含まれる点を平面Ｓｆと決定してもよいし、交線ＸＬと交線ＸＲとの交点Ｑを含む面を平面Ｓｆと決定してもよい。
【００３３】
以下、上記ステップ５の具体例について説明する。
【００３４】
路面推定部１０８は、ステップ４で求めた直交ベクトルＶＳ（ａ，ｂ，ｃ）を用いて、以下のように路面を推定する。
【００３５】
まず求める平面の方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と定義する。このうち、ａ，ｂ，ｃは、法線ベクトルＶＳの各要素である。ここで、計算が楽になるのでｚ方向の距離を最小とする平面を求めることとする。そのために、下式（６）の如くｚを定義する。
【数６】
2018132376.tif 000008
【００３６】
そして路面推定部１０８は、下式（７）に示す点列を最小二乗近似する平面ｚ＝ａ’ｘ＋ｂ’ｙ＋ｄ’を求める。
【数７】
2018132376.tif 000009
【００３７】
点（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と平面との距離ｅｉは下式（８）として示せる。
【数８】
2018132376.tif 000010
【００３８】
よってすべての点列と平面との距離の二乗和は下式（９）として示せる。
【数９】
2018132376.tif 000011
【００３９】
路面推定部１０８は、式（９）を最小にするようなｄ’を求める。そこで、路面推定部１０８は、式（９）をｄ’で偏微分する。
【数１０】
2018132376.tif 000012
【００４０】
路面推定部１０８は、ｄ’を下式（１１）により算出する。
【数１１】
2018132376.tif 000013
【００４１】
従って、ｄ＝−ｃｄ’より、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０を求めることができる。
【００４２】
本実施形態によれば、車輪と車両フレームとの間にサスペンションが介装され、車両フレームにライダーが設置されている運搬車両において、サスペンションコンプライアンスの影響により路面座標と車体座標とが不一致となった場合でも、車体座標系で路面平面の位置を推定することができる。
【００４３】
また本実施形態によれば、車両と路面とが同一平面にない場合にも、車体座標系Σｖを用いて路面を定義する、即ち、車体座標系Σｖを用いて路面座標系ΣＳを定義することができ、車両が接地する路面と計測対象となる路面とを同一の座標系で表すことができる。
【００４４】
これにより、例えば車体に搭載した左ライダー３０Ｌや右ライダー３０Ｒなどの障害物検出センサからの出力を用いて障害物検出処理を実行する際には、障害物検出センサが検出した計測点の座標を車体座標系で表すことができるので、実際には車両と路面とが同一平面にない場合にも、車両と路面とが同一平面にあるものとして、障害物検出処理を実行することができる。
【００４５】
また、計測対象となる路面に対する車両の姿勢の傾きを検出する処理にも、本実施形態に係る路面推定処理を適用してもよい。例えば推定した路面の法線ベクトルと、車体座標系Σｖにおける車高方向のベクトルとのずれ量を算出すると、路面に対する車両の車高方向の傾き姿勢を求めることができる。
【００４６】
本実施形態の変形例として、例えば路肩間の計測点のみを用いて路面を推定してもよい。図１１は路肩間の計測点のみを用いた路面推定処理を示す図である。運搬車両の走行路の側方には路肩が設置されている。路肩は路面よりも高く、路面とは異なる平面をなす。よって、上述の路面推定装置１００に路肩処理部１０３を備え、路肩と路面との連結点（路肩点）を検出し、路肩よりもダンプトラック１に近い側、即ち路面上の計測点のみを含む交線ＸＬ、ＸＲを抽出し、これを用いて路面平面位置の推定を行ってもよい。この変形例について図１２Ａ、図１２Ｂ、図１３を参照して説明する。
【００４７】
図１２Ａは、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒによる路肩検出時のスキャン状態を示す概略斜視図である。図１２Ｂは、路肩点Ｐの検出処理を示す図である。図１３は、路面推定装置の変形例を示す概略構成図である。
【００４８】
図１３に示すように、本例では図３の路面推定装置１００の構成に加え、路肩処理部１０３を含む。路肩処理部１０３は左路肩点検出部１０３Ｌ、右路肩点検出部１０３Ｒ、及び路肩間抽出部１０３Ｅを含む。
【００４９】
図１２Ａに示すように、ダンプトラック１は走行中、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒにて路面Ａ及び路肩Ｂを計測し、これら路面Ａ及び路肩Ｂの測距データを取得する。
【００５０】
この取得した測距データに基づいて、左交線算出部１０２Ｌ及び右交線算出部１０２Ｒはスキャン面４０Ｒ、４０Ｌと路面Ａとが交差する各交線ＸＬ、ＸＲを算出し、左路肩点
検出部１０３Ｌ、右路肩点検出部１０３Ｒ、及び路肩間抽出部１０３Ｅに出力する。この段階では、交線ＸＬ、ＸＲの其々には、スキャン面４０Ｒと路面との交線ＸＬとスキャン面４０Ｒと左路肩との交線ＹＬとが含まれる。
【００５１】
左路肩点検出部１０３Ｌは、左交線算出部１０２Ｌから取得した交線ＸＬのデータを基に例えば図１２Ｂに示すグラフを作成し、交線ＸＬと交線ＹＬとの交点を左路肩点ＰＬ０として検出し、路肩間抽出部１０３Ｅに出力する。同様に右路肩点検出部１０３Ｒは、交線ＸＲを図１２Ｂに示す通りプロットし、交線ＸＲと交線ＹＲとの交点を右路肩点ＰＲ０して検出し、路肩間抽出部１０３Ｅに出力する。
【００５２】
路肩間抽出部１０３Ｅは、交線ＸＬのうち左路肩点ＰＬ０よりもダンプトラック１側に近い線分を抽出し、交線ＸＲのうち右路肩点ＰＲ０よりもダンプトラック１側に近い線分を抽出し、車体座標変換部１０４へ出力する。特に本実施形態では路肩間抽出部１０３Ｅは、交線ＸＬ、ＸＲの交点Ｑを算出し、交線ＸＬのうち交点Ｑから左路肩点ＰＬ０までを抽出すると共に、交線ＸＲのうち交点Ｑから右路肩点ＰＲ０までを抽出してもよい。これにより、路肩の影響を削除して、路面の推定処理が行える。
【００５３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行である場合の路面推定処理であり、上記ステップ５が異なる。以下、図１４から図１７を参照して第２実施形態について説明する。図１４は、左ライダー３０Ｌ及び右ライダー３０Ｒの各レーザ走査面が平行である状態を示す図である。図１５Ａは、山壁に近い場所を走行するダンプトラック１の概略斜視図である。図１５Ｂは、山壁に近い場所を走行するダンプトラック１の概略断面図である。図１６は、交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行でない場合の障害物検知距離を示す図である。図１７は、交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行な場合の障害物検知距離を示す図である。
【００５４】
第２実施形態は、図１４に示すように交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行である場合を想定している。ここで、図１５のような山壁に近い場所での走行のように、ダンプトラック１の進行方向よりも、それとは略垂直な方向に路面が傾いているような場合には、その方向の分解能が高くなるため路面推定精度を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行でない場合には、図１６に示したように、ダンプトラックの正面の障害物は，正面から横にずれた障害物に比べて検知可能な距離が短くなるが、図１７のように交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行であれば、障害物が正面にあるかどうかによって検知可能な距離が変わらないという利点がある。（ただし、交線ＸＬ及び交線ＸＲが平行であると、ＸＬとＸＲとの間の路面が計測できないという短所もある。）
【００５６】
そこで第２実施形態では、既述の図４のステップ４で求めた直交ベクトルＶＳ（ａ，ｂ，ｃ）を用いず、左右のライダーから得られた計測点ＰＲ，ＰＬを、車体座標系Σｖに変換した点列（ｘ０，ｙ０，ｚ０），（ｘ１，ｙ１，ｚ１），・・・，（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）から、以下のように路面を推定する。
【００５７】
路面推定部１０８は、まず求める平面の方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と定義する。このうち、ａ，ｂ，ｃは、法線ベクトルＶＳの各要素である。ここで、計算が楽になるのでｚ方向の距離を最小とする平面を求めることとする。そのために、下式（１２）の如くｚを定義する。
【数１２】
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【００５８】
そして路面推定部１０８は、下式（１３）に示す点列を最小二乗近似する平面ｚ＝ａ’ｘ＋ｂ’ｙ＋ｄ’を求める。
【数１３】
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点（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と平面との距離ｅｉは下式（１４）として示せる。
【数１４】
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【００５９】
よってすべての点列と平面との距離の二乗和は下式（１５）として示せる。
【数１５】
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【００６０】
路面推定部１０８は、以下の連立方程式を解いて路面パラメータを推定する。
【数１６】
2018132376.tif 000018
とおく。すると、式（１６）より、下式、（１７）が得られる。
【数１７】
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【００６１】
これを解くと下式（１８）が得られる。
【数１８】
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【００６２】
以上により、平面ｚ＝ａ’ｘ＋ｂ’ｙ＋ｄ’を求めることができる。なお、二つの交線ＸＲ，ＸＬが平行でない場合には、法線ベクトルが既知であることから、この連立方程式を解く必要がなくなり、計算量が大幅に削減される。
【００６３】
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。
【００６４】
例えば路肩検出の他例として、運搬車両に運搬車両の走行路及びその路肩の設置位置を含む地図情報を記憶した地図情報記憶部を搭載し、地図情報に記載された路肩の情報を用いて、ステップ１の左ライダー出力及び右ライダー出力の内、左右の路肩間の計測点データのみを抽出し、これから路面との左交線、右交線を路面を基準とする位置座標として算出してもよい。また複数のライダーを車体後部に取り付け、後退する際の路面検出に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１：ダンプトラック、２：車両フレーム、３：ベッセル、４：運転室、５：前輪、６：後輪、３０Ｌ：左ライダー、３０Ｒ：右ライダー、ＸＬ：左交線、ＸＲ：右交線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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