【手続補正書】
【提出日】平成30年3月8日(2018.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、車輪及び当該車輪上にサスペンションを介して車体を搭載し、当該車体に取り付けられ車体の加速度及び角速度を出力する車体慣性計測装置、前記車体に取り付けられた前記車輪の車輪接地点を含む路面までの距離を計測する路面距離計測装置、前記車輪の回転数に基づく車輪速度を出力する車輪速度計測装置、及び前記車輪の操舵角を計測する操舵角計測装置を備えたダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、前記路面距離計測装置が計測した前記路面上の計測点までの距離の系列を用いて、前記車体の前後軸、左右軸、及び前後軸と左右軸とに直交する上下軸からなる直交３軸系の車体座標系から、前記前後軸及び前記左右軸を前記路面に投影した直交２軸及びこの直交２軸に垂直な路面垂直軸からなる直交３軸系の路面座標系に変換する車体―路面座標変換情報を推定する路車間姿勢推定部と、前記車体座標系で定義された前記車体慣性計測装置が計測した車体の加速度から重力加速度成分を取り除いて前記車体の運動に起因する加速度及び角速度を求め、当該車体の運動に起因する加速度及び角速度を前記車体―路面座標変換情報を用いて前記路面座標系に変換する路面上慣性量計算部と、前記操舵角計測装置からの操舵角及び前記車輪速度計測装置が計測した車輪速度に基づいて前記車輪の傾き方向に沿った前記車輪速度計測装置に由来する車輪加速度ベクトルを求め、前記路面座標系に変換された車体の運動に起因する加速度及び角速度を用いて前記車体慣性計測装置に由来する前記車輪接地点における加速度ベクトルを求め、当該加速度ベクトルと前記車輪速度計測装置に由来する車輪接地点における車輪加速度ベクトルとの差分を基に前記車輪の横滑り角度を推定する車輪滑り角推定部と、を備えることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【図１】ダンプトラックの概略構成を示す図
【図２】４つの座標系を示す説明図であって、（ａ）はグローバル座標系、（ｂ）は路面座標系、車体座標系、及び路面距離計測装置座標系Ｌ１、Ｌ２を示す。
【図３】車体座標系を示す図
【図４】路面座標系を示す説明図
【図５】ダンプトラックの機能構成を示すブロック図
【図６】路車間姿勢推定部の処理フローを示した図
【図７】Lidarの座標系および計測点を示す図
【図８】車体に取り付けたLidarの計測点列のモデル図
【図９】路面上慣性量計算部の処理フローを示した図
【図１０】車輪滑り角推定部の処理フローを示した図
【図１１】車輪における速度・加速度・舵角・滑り角の関係を示す図
【図１２】車両を上面からみた２次元速度ベクトルを示した図
【図１３】第二実施形態におけるダンプトラックの機能構成を示すブロック図
【図１４】第二実施形態に係る路車間姿勢推定部のおける路車間姿勢推定部の処理フローを示した図
【図１５】第二実施形態における路面上慣性量計算部の処理フローを示した図
【図１６】第二実施形態における実施例２における車輪滑り角推定手段の処理フローを示した図
【図１７】第二実施形態における車輪における速度・滑り角の関係を示すモデル図
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
ここで説明に使用する４つの座標系を定義する。図２は、４つの座標系を示す説明図であって、（ａ）はグローバル座標系、（ｂ）は路面座標系、車体座標系、及び路面距離計測装置座標系Ｌ１、Ｌ２を示す。図３は車体座標系を示す図である。図４は路面座標系を示す説明図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
以下に路車間姿勢推定部１２１での、路面と車体との相対姿勢を推定する方法を図６〜
図８を参照して説明する。図６は、路車間姿勢推定部の処理フローを示した図である。図
７は、Lidarの座標系および計測点を示す図である。図８は、車体に取り付けたLidarの計
測点列のモデル図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
まず、ステップ６０１にて、路面距離計測装置１０５によって車体１０３に固定された
路面距離計測装置１０５から路面までの距離を計測する。第一実施形態では距離計測装置
として、レーザーにより線走査を行うLidarを２つ用いた場合を例に説明する。Lidarは図
７に示すように、ある点までの距離を連続的に線状に走査する。また、Lidarから計測さ
れる距離は、走査した角度と計測点Pまでの距離ｌであるとする。上記、路面距離計測装
置座標系Lの定義に従い、Lidarの走査レーザー射出面方向にXL軸、それと右手系を成す側
面方向にYL軸、それら２つの軸によって形成される法線方向にZL軸を規定する。点Pまで
の距離ｌは、計測した際のXL軸と成す角度θによって、３次元座標（pxL、pyL、pzL）で
表わすことが可能である。Lidarに固定された路面距離計測装置座標系Lから車体座標系b
への座標変換行列ＣｂＬはLidarの取り付け角度を計測することで事前に与えられる。２
つのLidar８０１、８０２は図８に示すように互いのレーザーが交差するように（交点８
０５）、路面に向けて車体側面に設置されているものとする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次にステップ６０２にて、路面上の点として計測された点座標系列をレーザーの走査線
分だけ作る。本実施形態では２つのLidar８０１、８０２で合計２本のレーザー走査を行
ったとして記す。路面点座標系列は、P11＝(p11xL、p11yL、p11zL)、P12＝(p12xL、p12yL
、p12zL)、…、P1i＝(p1ixL、p1iyL、p1izL)のように作成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次にステップ６０３にて、ステップ６０２で生成した路面点座標系列を車体座標系で表
わす。Lidar８０１によってn個の計測点列が計測され、それぞれの値が路面距離計測装置
座標系LでP1i=（p1ixL、p1iyL、p1izL）（0<i<=n）であったとする。このとき、各点を車
体座標系ｂで表すには、Lidar８０１の取り付けられている位置を車体座標系ｂで表わし
た点（P1xb、P1yb、P1zb）により、次式（１）のように求めることができる。
【数１】
2017087997.tif 000001
（車体座標系ｂで表わされた路面上の計測点座標）＝（路面距離計測装置座標系Lから車
体座標系ｂへの変換行列）×（路面距離計測装置座標系Lで表わされた計測点座標）＋（L
idar８０１の取り付けられている位置を車体座標系ｂで表わした点）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
同様にLidar８０２でもｍ個の計測点列が計測され、それぞれの値が路面距離計測装置
座標系LでP2i=（p2ixL、p2iyL、p2izL）（0<i<=m）であったとする。このとき、各点を車
体座標系bで表すには、Lidar８０２の取り付けられている位置を車体座標系ｂで表わした
点（P2xb、P2yb、P2zb）により、次式（２）のように求めることができる。
【数２】
2017087997.tif 000002
（車体座標系ｂで表わされた路面上の計測点座標）＝（路面距離計測装置座標系Lから車
体座標系ｂへの変換行列）×（路面距離計測装置座標系Lで表わされた計測点座標）＋（L
idar８０２の取り付けられている位置を車体座標系ｂで表わした点）
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
２つの距離計測装置（本実施形態ではLidar８０１、８０２）は計測の同期がとれてい
るものとすると、1回の走査によって、各距離計測装置から得られた２つの点列合わせて
ｎ＋ｍ個を得ることが出来る。これらの点が成す平面を路面として、最小二乗法により路
面の法線ベクトルＵｂ求める。法線ベクトルＵｂは路面を表わす平面方程式Ａｘ＋Ｂｙ＋
Ｃｚ＋Ｄ＝０の法線単位ベクトルであり、次式（３）のように表される。
【数３】
2017087997.tif 000003
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
次に、ステップ１４０２にて、車体座標系ｂで表わされた車輪軸１０２の位置を求める。合計n個のストロークセンサ１３０２に固定された路面距離計測装置座標系Lから車体座標系ｂへの座標変換行列ＣｂＬは取り付け位置や方向を計測することで事前に与えられているとすれば、路面距離計測装置座標系Lで表わされるi番目のストロークセンサi(0<i<n)からの出力ｌｉＬによって、計測される車輪軸１０２の位置（pixb、piyb、pizb）を車体座標系ｂで表すと、ストロークセンサの取り付け位置を車体座標系ｂで表わした点Pi（Pixb、Piyb、Pizb）により、以下のように求めることができる。
【数１５】
2017087997.tif 000004
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪及び当該車輪上にサスペンションを介して車体を搭載し、当該車体に取り付けられ車体の加速度及び角速度を出力する車体慣性計測装置、前記車体に取り付けられた前記車輪の車輪接地点を含む路面までの距離を計測する路面距離計測装置、前記車輪の回転数に基づく車輪速度を出力する車輪速度計測装置、及び前記車輪の操舵角を計測する操舵角計測装置を備えたダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、
前記路面距離計測装置が計測した前記路面上の計測点までの距離の系列を用いて、前記車体の前後軸、左右軸、及び前後軸と左右軸とに直交する上下軸からなる直交３軸系の車体座標系から、前記前後軸及び前記左右軸を前記路面に投影した直交２軸及びこの直交２軸に垂直な路面垂直軸からなる直交３軸系の路面座標系に変換する車体―路面座標変換情報を推定する路車間姿勢推定部と、
前記車体座標系で定義された前記車体慣性計測装置が計測した車体の加速度から重力加速度成分を取り除いて前記車体の運動に起因する加速度及び角速度を求め、当該車体の運動に起因する加速度及び角速度を前記車体―路面座標変換情報を用いて前記路面座標系に変換する路面上慣性量計算部と、
前記操舵角計測装置からの操舵角及び前記車輪速度計測装置が計測した車輪速度に基づいて前記車輪の傾き方向に沿った前記車輪速度計測装置に由来する車輪加速度ベクトルを求め、前記路面座標系に変換された車体の運動に起因する加速度及び角速度を用いて前記車体慣性計測装置に由来する前記車輪接地点における加速度ベクトルを求め、当該加速度ベクトルと前記車輪速度計測装置に由来する車輪接地点における車輪加速度ベクトルとの差分を基に前記車輪の横滑り角度を推定する車輪滑り角推定部と、
を備えることを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、
前記路車間姿勢推定部は、前記路面上の計測点までの距離の系列に基づいて、前記車体
座標系で定義された前記路面の法線ベクトルを求め、前記路面垂直軸及び前記法線ベクト
ルの傾き角を算出し、当該傾き角を用いて前記車体―路面座標変換情報を推定する、
ことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、
前記車体のグローバル座標系からのずれ量を計測する車体姿勢計測装置を更に備え、
前記路面上慣性量計算部は、前記車体姿勢計測装置の計測値を基に前記グローバル座標
系から前記車体座標系に変換するグローバル―車体座標変換情報を推定し、当該グローバ
ル―車体座標変換情報を用いて重力加速度を前記車体座標系に変換し、変換後の重力加速
度を前記車体慣性計測装置が計測した前記車体の加速度から取り除く、
ことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、
前記車輪滑り角推定部は、前記車輪速度計測装置に由来する車輪加速度ベクトル及び前
記車体慣性計測装置に由来する加速度ベクトルの差分から前記路面座標系での向心加速度
ベクトルを求め、前記路面上において前記車輪速度計測装置に由来する車輪加速度ベクト
ルに垂直に交わるベクトル及び前記向心加速度ベクトルのなす角を車輪の横滑り角度とし
て推定する、
ことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項５】
請求項１に記載のダンプトラックの車輪の滑り角推定装置において、
前記ダンプトラックは、左前輪、右前輪、左後輪、及び右後輪を備え、
前記車輪の滑り角推定部は、左前輪、右前輪、左後輪、及び右後輪のそれぞれについて
、各車輪が前記路面に接地する各車輪接地点での前記車輪速度計測装置に由来する車輪加
速度ベクトル、及び前記各車輪接地点での前記車体慣性計測装置に由来する加速度ベクト
ルを求め、これらを基に前記各車輪の横滑り角度を推定する、
ことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項６】
請求項１に記載のダンプトラックの車輪の滑り角推定装置において、
前記路面距離計測装置は、前記車体の進行方向と交わる１本の直線で連結もしくは近似
することができる前記路面上の２点以上を同サンプル時に計測する、
ことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項７】
車輪及び当該車輪上にサスペンションを介して車体を搭載し、前記車輪及び前記車体と
のストローク距離を計測するストロークセンサ、前記車体の速度を計測する車体速度計測
装置、及び前記車体のヨーレートを計測するヨーレートセンサ、及び前記車輪の操舵角を
計測する操舵角計測装置を備えたダンプトラックの車輪の滑り角推定装置であって、
前記ストローク距離を用いて、前記車体の前後軸、左右軸、及び前後軸と左右軸とに直
交する上下軸からなる直交３軸系の車体座標系から、前記車輪を連結する車輪軸位置にお
ける前記車輪が接地する路面に平行な平面に前記前後軸及び前記左右軸を投影した直交２
軸及びこの直交２軸に垂直な路面垂直軸からなる直交３軸系の路面座標系に変換する車体
―路面座標変換情報を推定する路車間姿勢推定部と、
前記ヨーレートセンサが出力する前記車体の角速度及び前記車体速度計測装置が計測し
た車体速度ベクトルを前記車体―路面座標変換情報に基づき前記路面座標系に変換し、こ
れら路面座標系に変換された前記車体の角速度及び前記車体速度ベクトルを基に前記平面
上の前記車輪軸位置における前記路面座標系で表されたける車体速度ベクトルを推定する
路面上慣性量計算部と、
前記車輪軸位置における車体速度ベクトルの横方向成分を前記車体速度ベクトルの大き
さで除算した値、及び前記操舵角計測装置から取得した操舵角に基づいて前記車輪の横滑
り角度を推定する車輪滑り角推定部と、
を備えることを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定装置。
【請求項８】
車輪及び当該車輪上にサスペンションを介して車体を搭載したダンプトラックにおける車輪の滑り角推定方法であって、
前記車体に取り付けられた前記車体及び前記車輪が接地する路面までの距離を測定する路面距離計測装置が計測した前記路面上の計測点までの距離の系列を用いて、前記車体の前後軸、左右軸、及び前後軸と左右軸とに直交する上下軸からなる直交３軸系の車体座標系から、前記前後軸及び前記左右軸を前記路面に投影した直交２軸及びこの直交２軸に垂直な路面垂直軸からなる直交３軸系の路面座標系に変換する車体―路面座標変換情報を推定するステップと、
前記車体に取り付けられた車体慣性計測装置が計測した加速度及び角速度を取得し、当該加速度から重力加速度成分を取り除いて前記車体の運動に起因する加速度及び角速度を求め、当該車体の運動に起因する加速度及び角速度を前記車体―路面座標変換情報を用いて前記路面座標系に変換するステップと、
前記車輪の操舵角を計測する操舵角計測装置から操舵角を取得し、前記車輪の回転数に基づく車輪速度を計測する車輪速度計測装置から車輪速度を取得し、前記車輪の傾き方向に沿った前記車輪速度計測装置に由来する車輪加速度ベクトルを求め、前記路面座標系に変換された車体の運動に起因する加速度及び角速度を用いて前記車体慣性計測装置に由来する車輪接地点における加速度ベクトルを求め、当該加速度ベクトルと前記車輪速度計測装置に由来する前記車輪接地点における車輪加速度ベクトルとの差分を基に前記車輪の横滑り角度を推定するステップと、
を含むことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定方法。
【請求項９】
車輪及び当該車輪上にサスペンションを介して車体を搭載したダンプトラックにおける車輪の滑り角推定方法であって、
前記車輪及び前記車体とのストローク距離を計測するストロークセンサから取得した前記ストローク距離を用いて、前記車体の前後軸、左右軸、及び前後軸と左右軸とに直交する上下軸からなる直交３軸系の車体座標系から、前記車輪を連結する車輪軸位置における前記車輪が接地する路面に平行な平面に前記前後軸及び前記左右軸を投影した直交２軸及びこの直交２軸に垂直な路面垂直軸からなる直交３軸系の路面座標系に変換する車体―路面座標変換情報を推定するステップと、
前記車体のヨーレートを計測するヨーレートセンサから前記車体の角速度を取得し、前記車体の速度を計測する車体速度計測装置から車体速度ベクトルを取得し、前記取得した角速度及び車体速度ベクトルを前記車体―路面座標変換情報に基づき前記路面座標系に変換し、これら路面座標系に変換された前記角速度及び前記車体速度ベクトルを基に前記平面上の前記車輪軸位置における前記路面座標系で表された車体速度ベクトルを推定するステップと、
前記車輪軸位置における車体速度ベクトルの横方向成分を前記車体速度ベクトルの大きさで除算した値及び前記車輪の操舵角を計測する操舵角計測装置から取得した操舵角に基づいて前記車輪の横滑り角度を推定するステップと、
を含むことを特徴とするダンプトラックの車輪の滑り角推定方法。