(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行経路を走行する車両に設けられ、その車両の走行方向を検出する装置であって、
当該車両の走行方向を検出する方向検出手段と、
当該車両の走行方向に向かって光線を出力する光源と、
反射面が走行経路に垂直になるようにその走行経路の所定位置に設けられている反射物により反射された上記光線の反射光を検出する反射光検出手段と、
上記反射光検出手段により上記反射光が検出された時に、上記方向検出手段の検出結果を修正する修正手段と、
を有する走行方向検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、さらに当該車両の位置を検出する位置検出手段を備え、
上記修正手段は、当該車両と上記反射物との間の距離が予め決められている閾値以上であったときにのみ上記方向検出手段の検出結果を修正する。
【請求項３】
走行する車両に設けられ、その車両の走行方向を検出する装置であって、
当該車両の走行方向を検出する方向検出手段と、
当該車両の走行方向に対して垂直な方向に向かって光線を出力する光源と、
当該車両が走行する通路の側壁に設けられている反射物により反射された上記光線の反射光を検出する反射光検出手段と、
上記反射光検出手段により上記反射光が検出された時に、上記方向検出手段の検出結果を修正する修正手段と、
を有する走行方向検出装置。
【請求項４】
走行する車両に設けられ、その車両の走行方向を検出する装置であって、
当該車両の位置を検出する位置検出手段と、
当該車両の走行方向に向かって光線を出力する光源と、
反射面が走行経路に垂直になるようにその走行経路の所定位置に設けられている反射物により反射された上記光線の反射光を検出する反射光検出手段と、
上記反射光検出手段により上記反射光が検出された時に上記位置検出手段により検出された当該車両の位置に基づいて、当該車両の走行方向を検出する方向検出手段と、
を有する走行方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の走行方向を検出する装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の走行方向を検出する方法は、車両の走行の制御または支援等のために実用化されてきている。一例としては、例えば、図１０に示す方法が知られている。
【０００３】
図１０に示す方法では、車両の走行目標方向と平行に設けられている側壁から当該車両の側面までの距離を測定することにより、その車両の走行方向が検出される。具体的には、距離ｄ１および距離ｄ２を測定し、下式に従って車両の目標方向と実際の走行方向との差分角度θを求める。
ｔａｎ（θ）＝（ｄ１−ｄ２）／Ｌ
この方法は、車両の走行経路の側壁にレーザ変位計を含むセンサ装置を設けることにより実現され、車両がそこを通過した時にその車両の走行方向が検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーザ変位計を含むセンサ装置は、一般に高価であり、他の構成で実現されることが望まれている。また、この方式は、車両の走行経路上にセンサ装置が設けられる構成なので、走行経路が長くなると、設置すべきセンサ装置の数が増加し、さらなるコストアップの要因となる。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構成または廉価な構成で車両の走行方向を検出できる装置を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の走行方向検出装置は、走行経路を走行する車両に設けられてその車両の走行方向を検出する構成であって、当該車両の走行方向を検出する方向検出手段、当該車両の走行方向に向かって光線を出力する光源、反射面が走行経路に垂直になるようにその走行経路の所定位置に設けられている反射物により反射された上記光線の反射光を検出する反射光検出手段、および上記反射光検出手段により上記反射光が検出された時に上記方向検出手段の検出結果を修正する修正手段、を有する。
【０００７】
上記構成において、当該車両が所定の方向に向かって走行している時に、反射光検出手段により反射光が検出される。すなわち、反射光検出手段が反射光を検出した時は、当該車両が所定の方向に向かって走行しているものとみなすことができる。したがって、反射光検出手段により反射光が検出されたタイミングで方向検出手段の検出結果を修正すれば、方向検出手段による検出誤差がリセットされる。
【０００８】
なお、上記構成の走行方向検出装置において、さらに当該車両の位置を検出する位置検出手段を備え、上記修正手段が、当該車両と上記反射物との間の距離が予め決められている閾値以上であったときにのみ上記方向検出手段の検出結果を修正するようにしてもよい。この構成によれば、修正手段による修正処理により新たな誤差が発生することが回避される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原理を説明する図である。ここでは、車両１が予め決められた走行経路を走行するシステムを前提とする。
走行経路は、少なくとも１以上の直線通路区間を含んでおり、その直線通路区間の突当り位置に反射鏡２が設けられている。ここで、この反射鏡２は、例えば平面鏡であり、その反射面が直線通路区間の伸びる方向に垂直になるように設置されている。また、反射鏡２の幅は、例えば、数１０センチメートル〜数メートル程度とする。
【００１０】
車両１は、自車の走行方向に投射光を出力する機能、およびその投射光の反射光を受信する機能を備えている。したがって、車両１が直線通路区間においてその通路に平行に走行している時は、車両１から出力された投射光は、反射鏡２により反射され、その反射光が車両１に戻ってくる。すなわち、車両１は、自分が出力した投射光の反射光を受信した時は、自車が通路に平行な方向を向いていると判断できる。
【００１１】
ところで、車両１をある目標方向に向かって走行させようとした場合、通常、車両１は、随時その走行方向を微調整しながら走行することになる。すなわち、車両１の走行方向が目標方向よりも左寄りに向いている場合は、その走行方向を右側にシフトさせるような軌道修正が行われ、目標方向よりも右寄りに向いている場合は、その走行方向を左側にシフトさせるような軌道修正が行われる。この結果、車両１は、ある目標方向に向かって走行する際には、図２に示すように、左右に蛇行しながら走行することになる。特に、車両１が人間により運転される場合には、ほぼ確実にそのような蛇行が生じ、その周期は、一般に、数秒程度である。
【００１２】
車両１が上述のように蛇行走行をすると、車両１から出力された投射光の反射光は、断続的に車両１に戻ってくることになる。すなわち、図３(a) に示すように、車両１が通路と平行な方向を向いている時は、車両１は反射鏡２からの反射光を受信できるが、図３(b) に示すように、車両１が通路と平行でない方向を向いている時は、車両１は反射鏡２からの反射光を受信できない（あるいは、投射光が反射鏡２に当たらない）。すなわち、車両１は、自車が通路と平行な方向を向いている時にのみ、自分が出力した投射光の反射光を受信することができる。具体的には、例えば図２に示す例では、車両１は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃまたは点Ｄを通過する瞬間に、上記反射光を受信することができる。そして、この場合、車両１は、点Ａ、点Ｂ、点Ｃまたは点Ｄを通過する瞬間に、自車が通路に平行な方向を向いていると判断できる。
【００１３】
図４は、本発明の実施形態の走行方向検出装置のブロック図である。なお、この装置は、車両１に搭載されている。
投光器１１は、車両１の前方方向（すなわち、走行方向）に向かって投射光を出力する。一方、受光器１２は、投光器１１から出力された投射光の反射光を受信する。ここで、図５を参照しながら投光器１１および受光器１２を詳細に説明する。
【００１４】
投光器１１は、変調回路１１ａ、光源１１ｂ、光学レンズ１１ｃ、および光軸調整機構１１ｄを含む。ここで、変調回路１１ａは、太陽光や照明光などの外乱光から投射光を識別するための信号パターンを生成する。光源１１ｂは、たとえば、所定の発振周波数を持ったレーザダイオードＬＤであり、変調回路１１ａにより生成された信号パターンに従って駆動される。光学レンズ１１ｃは、光源１１ｂにより生成されたレーザ光を所定のビーム径の光線に収束させる。光軸調整機構１１ｄは、例えば、堅牢なケースブラケットにより実現され、投射光の伝搬方向を車両１の走行方向に一致させるようにその光軸を調整する。そして、上記構成により、投光器１１は、投射光として、車両１の走行方向に所定のビーム径の光線を出力する。
【００１５】
受光器１２は、光学フィルタ１２ａ、受光素子１２ｂ、および復調回路１２ｃを含む。ここで、光学フィルタ１２ａは、例えば、光源１１ｂの発振周波数帯のみを通過させるフィルタであって、外乱光を低減させる。受光素子１２ｂは、例えばフォトダイオードＰＤであって、受信光を電気信号に変換する。復調回路１２ｃは、受光素子１２ｂから出力される信号を復調する。そして、復調された信号は、図４に示す制御部１３に送られる。
【００１６】
センサ１４は、車両１の走行を制御するための各種情報を検出する１または複数のセンサを含む。具体的には、例えば、車両１の走行距離を測定するための距離センサや、車両１の車体の向いている方向を検出するための角度センサ等を含んでいる。ただし、角度センサは、例えば、車両１の車体の向いている方向の角度変化量または角加速度を検出するジャイロ、および予め与えられる初期角度情報にジャイロの出力を累積加算する演算回路（制御部１３、車両角度レジスタ１５）などにより実現される。
【００１７】
車両角度レジスタ１５は、車両１の車体の向いている方向を表す角度情報が書き込まれるメモリであって、センサ１４の出力により時々刻々と更新される。通信インタフェース１６は、車両１の走行を制御する不図示のサーバ装置との間で制御情報を送受信する。なお、車両１は、通信インタフェース１６を介して、例えば、自車の位置などをサーバ装置に通知する。また、車両１は、通信インタフェース１６を介して、例えば、サーバ装置から移動先に係わる情報や作業内容に係わる情報などを受信する。
【００１８】
制御部１３は、例えばマイコンであり、センサ１４の出力を利用して車両１の走行距離および走行方向などを検出し、それらに基づいて車両１の位置を算出する。このとき、車両１の走行方向は、受光器１２により得られる信号を利用して適切に修正される。
【００１９】
図６は、制御部１３の処理を説明するフローチャートである。なお、制御部１３は、車両１の走行制御に係わる各種処理を実行するが、ここでは、車両１の位置を検出する処理のみを示す。また、このフローチャートの処理は、例えば、所定間隔ごとに実行される。
【００２０】
ステップＳ１では、距離センサの出力を取得する。ここで、距離センサの出力は、車両１の走行距離（初期位置からの走行距離、または前回のサンプリングタイミングに対応する位置からの走行距離）を表す。ステップＳ２では、ジャイロの出力を取得する。ここで、ジャイロの出力は、車両１の車体の向いている方向の角度変化量を表すものとする。
【００２１】
ステップＳ３では、ステップＳ２で取得した角度変化量を用いて、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報を更新する。なお、車両角度レジスタ１５には、車両１の車体の向いている方向を表す角度情報が保持されており、その角度情報は、次々と検出される角度変化量を累積的に加算していくことにより更新される。したがって、この角度情報は、ジャイロの検出誤差が累積されることになる。
【００２２】
ステップＳ４では、受光器１２が受信する信号に基づいて、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報を修正する。なお、この修正処理については、後で詳しく説明する。ステップＳ５では、ステップＳ１で取得した走行距離情報および車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報に基づいて、車両１の位置を算出する。なお、これらの情報に基づいて車両１の位置を算出する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を利用することができる。
【００２３】
このように、制御部１３は、車両１の車体の向いている方向を表す角度情報を適切に修正しながら、車両１の走行方向を算出する。
図７は、センサの出力に基づいて得られた角度情報を修正する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートは、図６のステップＳ４の処理を詳細に示したものである。
【００２４】
ステップＳ１１では、受光器１２の出力を取得する。ステップＳ１２では、所定パターンの信号を受信したか否かを調べる。ここで、検出すべき所定パターンは、例えば、投光器１１において使用される変調パターンである。
所定パターンの信号を検出した場合は、投光器１１から出力された投射光の反射光が受光器１２により受信されたものとみなされる。すなわち、車両１が通路に平行に走行しているものとみなし、ステップＳ１３へ進む。
【００２５】
ステップＳ１３では、下式に従って、車両１から反射鏡２までの距離Ｄを算出する。ここでは、車両１の位置を「Ｘ，Ｙ」、反射鏡２の位置を「Ｘo ，Ｙo 」と表すものとする。
Ｄ＝√｛（Ｘ−Ｘo ）２ ＋（Ｙ−Ｙo ）２ ｝
なお、車両１の位置は、前回の演算（図６に示すフローチャートの処理）により得られたデータを使用することができる。また、反射鏡２の位置は、予め与えられている。
【００２６】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した距離Ｄが適正距離であるか否かを調べる。すなわち、車両１から反射鏡２までの距離が大きすぎると、反射光の受信レベルが十分でないために、その信頼性が低下する。一方、車両１から反射鏡２までの距離が小さすぎると、光学的な誤差が大きくなる。したがって、距離Ｄが所定の範囲から外れていた場合には、ステップＳ１５以降を実行することなくフローチャートの処理を終了する。なお、適正範囲は、光源の発光パワー、投射光のビーム径、受信素子の感度などに基づいて決定される。
【００２７】
ステップＳ１５では、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報の誤差を調べる。ここで、誤差を算出する方法を図８を参照しながら説明する。なお、図８に示す例では、車両１が走行する走行経路が基準座標により表されているものとする。具体的には、各通路区間の方向が、基準座標により表されている。例えば、図８の例では、「区間Ａ：９０度」、「区間Ｂ：１８０度」が定義されている。
【００２８】
上記実施形態において、例えば、車両１が区間Ａを走行している期間に反射光を検出した時は、車両１は「９０度」の方向に走行しているとみなされる。したがって、この場合、誤差がゼロであるとすると、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報は、「９０度」を示しているはずである。換言すれば、この場合、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報と「９０度」との差分が角度情報の誤差を表すことになる。同様に、車両１が区間Ｂを走行している期間に反射光を検出した時は、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報と「１８０度」との差分が、角度情報の誤差を表すことになる。
【００２９】
ステップＳ１６では、ステップＳ１５において得られた誤差が異常データであるか否かを調べる。すなわち、得られた誤差が所定値（例えば、３度）よりも大きかった場合は、異常データであるものとみなす。そして、異常データが検出された場合は、ステップＳ１８において対応するエラー処理を実行する。
【００３０】
ステップＳ１７では、ステップＳ１５において得られた誤差情報を用いて、車両角度レジスタ１５に保持されている角度情報を修正する。具体的には、下記の計算式に示すように、車両角度レジスタ１５に保持されている「角度情報」から「Ｅ／Ｎ」を減じることにより、その値が修正される。ここで、「Ｅ」はステップＳ１５において得られた誤差であり、「Ｎ」は、補正係数である。
角度情報（修正後）＝角度情報（保持されている値）−Ｅ／Ｎ
なお、補正係数Ｎは、角度情報の誤差を段階的に修正していくための係数である。すなわち、例えば、「Ｎ＝１０」とすると、受光器１２が反射光を１０回程度受信することにより誤差が修正される。したがって、補正係数Ｎとして適切な値を設定することにより、間接的な反射光等によりステップＳ１２〜Ｓ１７が誤って実行されてしまったときの悪影響が緩和される。
【００３１】
このように、実施形態の走行方向検出装置は、比較的簡単な構成で実現可能である。特に、投光器１１および受光器１２は、安価な部品で実現できるので、図１０に示したようなレーザ変位計を含むセンサ装置と比較して、大幅なコストダウンが図れる。
【００３２】
なお、上述の実施例では、車両１と反射鏡２との間の距離Ｄが所定値以下のときに反射光に基づく修正処理を実行しないようにしているが（図７のステップＳ１４）、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、距離Ｄが小さいときは、光学的な誤差が大きくなるが、例えば、車両１のヨー角がそれ以上に大きい場合には、上述の修正処理を実行するようにしてもよい。
【００３３】
また、上述の実施例では、車両１の走行方向に向かって投射光を出力する構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、図９に示すように、車両通路の側壁に反射鏡２を設置しておき、車両１が、走行方向に対して垂直な方向（横方向）に投射光を出力する投光器、および投射光の反射光を受信する受光器を備えるようにしてもよい。この構成は、車両１が比較的短い周期で蛇行する場合、あるいは車両通路に沿って長い反射鏡を設置できる場合に利用可能であり、高い角度精度が要求されない場合に有効である。そして、この構成においては、車両１と反射鏡２との間の距離が短いので、光源１１ｂの発光パワーは小さくてよく、また、受光素子１２ｂの感度も低くてよい。
【００３４】
さらに、上述の実施形態では、光源１１ｂがレーザダイオードであるものとして説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、投光器１１から指向性のある光線あるいは所定のビーム径を持った光線が出力されるのであれは、レーザに限定される必要はなく、任意の光源（可視光、赤外光を含む）を利用できる。このとき、投射光のビーム径は、システムが要求する角度精度によるが、例えば、数ミリメートル〜数１０センチメートルを想定する。
【００３５】
さらに、上述の実施形態では、車両１から出力される投射光が反射鏡２により反射されることを前提としているが、これに限定されるものではなく、鏡以外の反射物を利用することも可能である。
さらに、実施形態の走行方向検出方法は、車両が蛇行しながら走行する性質を利用しているので、車両が人間により運転される場合に特に有用であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明を無人車両へ適用することは排除されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成または廉価な構成で車両の走行方向を正確に検出できる装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】車両の走行軌跡を示す図である。
【図３】  (a) および(b) は、車両が蛇行走行した場合の反射光を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の走行方向検出装置のブロック図である。
【図５】図４に示す投光器および受光器の構成図である。
【図６】制御部の処理を説明するフローチャートである。
【図７】角度情報を修正する処理のフローチャートである。
【図８】角度情報を修正する処理の実施例である。
【図９】本発明の他の実施形態の概念を示す図である。
【図１０】車両の走行方向を検出する既存の方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    車両
２    反射鏡
１１  投光器
１２  受光器
１３  制御部（マイコン）
１４  センサ
【図１】
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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】
0003763274.tif 000008
【図８】
0003763274.tif 000009
【図９】
0003763274.tif 000010
【図１０】
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