(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-19
(45)【発行日】2022-12-27
(54)【発明の名称】車両制御システム
(51)【国際特許分類】
G08G 1/16 20060101AFI20221220BHJP
G05D 1/02 20200101ALI20221220BHJP
G08G 1/00 20060101ALI20221220BHJP
G08G 1/09 20060101ALI20221220BHJP
G08G 1/137 20060101ALI20221220BHJP
H04W 4/029 20180101ALI20221220BHJP
H04W 4/40 20180101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
G08G1/16 A
G05D1/02 S
G08G1/00 X
G08G1/09 V
G08G1/09 H
G08G1/137
H04W4/029
H04W4/40
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019088278
(22)【出願日】2019-05-08
(65)【公開番号】P2020184195
(43)【公開日】2020-11-12
【審査請求日】2022-03-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 裕丈
(72)【発明者】
【氏名】▲濱▼田 朋之
(72)【発明者】
【氏名】石本 英史
(72)【発明者】
【氏名】桐村 亮好
【審査官】久保田 創
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－３１５１１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２０３３９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１１５７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１８３７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０３２３３５４５（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０８Ｇ １／１６
Ｇ０５Ｄ １／０２
Ｇ０８Ｇ １／００
Ｇ０８Ｇ １／０９
Ｇ０８Ｇ １／１３７
Ｈ０４Ｗ ４／０２９
Ｈ０４Ｗ ４／４０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉱山内を自律走行する自律走行車両と、有人車両と
を備え、
前記自律走行車両と前記有人車両とは、各々が自己位置推定装置と車載型通信端末とを備え、
複数の前記車載型通信端末を無線接続する複数の無線回線を備え、
前記無線回線ごとに同一の位置情報を割り当てるための複数のサブフレームを時分割多重方式により構成した１つの無線フレームを１つの無線チャネルを介して通信可能に接続される車両制御システムであって、
前記有人車両は、車々間距離又は通信距離に対応する伝搬ロスから求まる第１の変調方式を用いて第１の位置情報粒度で有人車両位置情報を送信し、
前記自律走行車両は、前記第１の変調方式で送信された前記有人車両位置情報に基づいて、前記有人車両との距離が、第１の車間距離閾値以下と判断した場合に、前記第１の変調方式とは異なる第２の変調方式で、且つ前記第１の位置情報粒度よりも小さい第２の位置情報粒度で前記有人車両位置情報を送信するよう前記有人車両に指示し、前記有人車両は、前記自律走行車両から、前記第２の変調方式を用いて前記第２の位置情報粒度で前記有人車両位置情報を送信するよう指示を受けると、前記第２の変調方式を用いて前記第２の位置情報粒度で前記有人車両位置情報を送信する
ことを特徴とする車両制御システム。
【請求項2】
前記有人車両の前記車載型通信端末は、前記自律走行車両の非常減速又は停止を指示する非常減速／停止信号と、ＧＰＳ受信機から送られてくる自己の現在位置を示す位置情報を送信データとして生成するよう構成され、
前記自律走行車両は、前記送信データを受信すると、前記第１の位置情報粒度で送信された前記有人車両の現在位置情報に基づいて得られる距離、及び前記第２の位置情報粒度で送信された前記有人車両の現在位置情報に基づいて得られる距離のうち少なくとも一方に従って判断される前記有人車両との距離が、前記第１の車間距離閾値よりも短い第２の車間距離閾値以下と判断した場合、減速又は停止を含む衝突回避のための動作を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御システム。
【請求項3】
請求項２に記載の車両制御システムにおいて、前記第２の変調方式を用いて前記第２の位置情報粒度で前記有人車両位置情報を送信する通信は、前記自律走行車両と前記有人車両との間で通信される車々間通信である
ことを特徴とする請求項２に記載の車両制御システム。
【請求項4】
前記自律走行車両は、各々の前記自律走行車両が前記車々間通信に関し個別の優先度を与えられる複数の車両であり、前記優先度の値が第１の値である前記自律走行車両は、前記優先度の値が前記第１の値よりも小さい第２の値である前記自律走行車両に比べ、優先的に前記車々間通信を割り当てられる、請求項３に記載の車両制御システム。
【請求項5】
前記自律走行車両は、前記自己位置推定装置により得られる位置情報の変化又は車体に備えた傾斜センサにより得られる傾斜情報から、上り坂を上っているか否かを判定し、上り坂を上っていると判定される場合には、他の自律走行車両に比べ高い優先度を与えられる、請求項４に記載の車両制御システム。
【請求項6】
前記自律走行車両と前記有人車両が高低差のある別のコースを走行しており、前記有人車両が前記自律走行車両よりも高い位置にいる場合には、前記自律走行車両に対し、他の自律走行車両に比べ高い優先度が与えられる、請求項４に記載の車両制御システム。
【請求項7】
前記自律走行車両が前記有人車両により追尾されている場合には、前記自律走行車両に対し、追尾されていない他の自律走行車両に比べ高い優先度を与えられる、請求項４に記載の車両制御システム。
【請求項8】
前記自律走行車両は、さらに積荷重量を計測するため、車輪を支持するサスペンションシリンダに圧力センサを備え、所定の重量以上の積荷を積載している場合には、前記所定の重量以上の積荷を積載していない場合に比べ高い優先度を与えられる、請求項４に記載の車両制御システム。
【請求項9】
前記第２の変調方式は、前記第１の変調方式に比べて通信速度が大きい、請求項１に記載の車両制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両制御システムに関し、特に鉱山現場において自律走行車両の制御を実行することを可能に構成された車両制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
鉱山現場では、人件費の高騰や安全性の向上により、運搬車両を自律走行させる要望が高い。この要望に対し、鉱山現場において土砂や鉱物を搬送する運搬車両を、有人運転によらず管制サーバ等からの指示に従って自律走行させる技術が知られている。例えば特許文献１には、車両相互間の位置データを送信して相互の位置関係を監視し、車両同士が接近し過ぎた場合には車両を減速又は停止させて干渉を回避する技術が開示されている。また特許文献２には、鉱山現場内を走行する運搬車両に対して、非常停止入力装置が操作されるときのみ、鉱山現場内を走行する全ての運搬車両に対して非常停止信号を送信する技術が開示されている。
【0003】
しかし、運搬車両が頻繁に減速又は停止すると運搬効率が低下し、鉱山の採掘作業の生産性の低下につながる。このため、必要な場合にのみ運搬車両を減速又は停止させたいという要望がある。また、自律走行エリアに作業者や有人車両が立ち入り作業を行うケースもあり、非常の際に、作業者や有人車両が遠隔操作により自律走行の運搬車両を停止させて安全を確保することも求められる。
【0004】
安全性を考慮すると、車両相互間の位置データを送受信して相互の位置関係を監視し、車両同士が接近し過ぎた場合には車両を減速又は停止させて干渉を回避する機能も必要となる。その場合に、安全性を維持しつつ鉱山の採掘作業の生産性の維持する観点からは、運搬車両の減速時間は出来るだけ短くし、不要な停止はなくしたいという要望がある。しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示の技術では、安全性の確保と生産性の向上とを両立することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平１０－２２２２２７号公報
【文献】特開２０１７－７２９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、安全性の確保と生産性の向上とを両立することを可能とした車両制御システム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】
本発明に係る車両制御システムは、鉱山内を自律走行する自律走行車両と、有人車両と、前記自律走行車両の非常減速又は停止を指示するための端末とを備え、前記自律走行車両と前記有人車両とは、各々が自己位置推定装置を備え、１つの無線チャネルを介して通信可能に接続される車両制御システムである。このシステムにおいて、前記有人車両は、第１の通信方法を用いて第１の粒度で有人車両位置情報を送信し、前記自律走行車両は、前記第１の通信方法で送信された前記有人車両位置情報に基づいて、前記有人車両との距離が、第１の車間距離閾値以下と判断した場合に、前記第１の通信方法とは異なる第２の通信方法で、且つ前記第１の粒度よりも小さい第２の粒度で前記有人車両位置情報を送信するよう前記有人車両に指示する。前記有人車両は、前記自律走行車両から、前記第２の通信方法を用いて前記第２の粒度で前記有人車両位置情報を送信するよう指示を受けると、前記第２の通信方法を用いて前記第２の粒度で前記有人車両位置情報を送信する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の車両制御システムによれば、自律走行車両と有人車両が接近した場合に、安全性を維持しながら自律走行車両の不要な減速又は停止を減らすことが可能となり、安全性の向上と生産性の向上とを両立することを可能とした車両制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１の実施の形態に係わる車両制御システム１０００の全体構成の一例を示した概略図である。
【図2】車両制御システム１０００で用いられる無線フレーム及びサブフレームの一例を示した概略図である。
【図3】第１の実施の形態に係わる車両制御システム１０００における接近検知及び非常減速／停止の動作の一例を示した概略図である。
【図4】通信距離毎に選択可能な変調方式とその符号化率、通信速度比の一例を示した表である。
【図5】第１の通信方法による第１の粒度で位置情報を送受信した場合と、第２の通信方法による第２の粒度で位置情報を送受信した場合とで、次の位置情報取得のタイミングまでに無人車両１０－１及び有人車両２０－１が移動し得る範囲（移動可能領域）の違いを比較検証する概念図である。
【図7】優先度の付与について説明する概念図である。
【図8】優先度の付与について説明する概念図である。
【図9】優先度の付与について説明する概念図である。
【図10】積荷の積載量を計測可能な無人ダンプ１０－１、及びサスペンションシリンダ４１、４２の構成の一例を示す。
【図11】複数の要素の合計に従って優先度を決定する例について説明する表である。
【図12】車載型送信端末２の構成例を示すブロック図である。
【図13】車両制御システム１０００で用いられる通信プロトコルスタックについて説明する概略図である。
【図14】安全通信レイヤ、無線通信レイヤのデータフォーマットの一例を示した図である。
【図15】車載型送信端末２の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【0011】
以下の実施形態においては、便宜上必要があるときは、複数のセクション又は実施形態に分割して説明する。以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。尚、以下の実施形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。
【0012】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係わる車両制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態に係わる車両制御システム１０００の全体構成の一例を示した概略図である。
以下、本発明の第１の実施の形態に係わる車両制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態に係わる車両制御システム１０００の全体構成の一例を示した概略図である。
【0013】
図１において、車両制御システム１０００は、携帯型送信端末１－１～１－２、車載型送信端末２－１～２－２、車載型受信端末３－１～３－４、中継基地局４－１～４－２、統括基地局５、自律走行車両（以下「無人ダンプ」という）１０－１～１０－４、有人運転による有人車両２０－１～２０－２、及び管制センター３０から構成される。無人ダンプ１０－１～１０－４は、土砂や鉱石等の積荷を搬送することを目的とした、無人で自律走行可能で、土砂や採掘物を運搬する運搬車両である。また、管制センター３０には、運行管理システム３１、及び非常減速／停止入力装置３２が設置されている。
【0014】
尚、各装置の台数については、図示のものや特定の数字に限定されない。例えば車載型受信端末３－１～３－４や無人ダンプ１０－１～１０～４は、１台構成であっても複数台構成であってもよく、車載型送信端末や有人車両も、１台構成であっても複数台構成であってもよい。また、図示していないが、無人ダンプ１０－１～１０－４が自律走行するための自律走行に必要なシステムが、鉱山内の作業現場に設けられている。
【0015】
携帯型送信端末１－１、１－２の構成は全て同じであってよいし、異なった構成であってもよい。以下では、携帯型送信端末１－１、１－２を区別することなく総称して「携帯型送信端末１」と記載することがある。同様に、車載型送信端末２－１、２－２、車載型受信端末３－１～３－４、中継基地局４－１、４－２についても、総称して「車載型送信端末２」、「車載型受信端末３」、「中継基地局４」と記載することがある。また、無人ダンプ１０－１～１０－４の構成も全て同じであってよいので、総称する場合は「無人ダンプ１０」と記載することがある。有人車両２０－１、２０－２も、総称して「有人車両２０」と称することがある。
【0016】
無人ダンプ１０は、原則として運転手が搭乗することなく運行され、車両制御システム１０００の制御に基づき無人で走行することが可能に構成された自律走行車両である。なお、本システムの制御対象は無人ダンプであるが、本システムの制御対象の自律走行車両は、無人ダンプには限定されず、有人ダンプをも併せて制御対象とし、無人ダンプ１０と同様の制御を行うことも可能である。無人ダンプ１０は、鉱山現場内で予め設定された走行路１００を無人で自律走行する。例えば無人ダンプ１０は、走行路１００に沿って、積込場２００で土砂や鉱石の積込作業を行っているショベル（図示せず）と放土場３００との間を往復し、積荷を搬送する。
【0017】
尚、鉱山現場では、土砂や鉱石等の積荷を搬送する無人ダンプ１０以外に、有人車両２０も走行する。有人車両２０は、運転手やその他の搭乗者が乗車可能に構成され、運転手によって運転操作可能に構成された車両である。有人車両２０は、例えば、積込場２００で掘削及び積込作業を行うショベル、走行路１００の路面の整地を行うドーザ、散水車、鉱山現場内をパトロールするサービスカー等を含み得る。
【0018】
携帯型送信端末１は、鉱山現場内の作業者が携帯可能な携帯型装置であり、非常時に無人ダンプ１０の非常停止を指示する非常停止装置である。車載型送信端末２は、有人車両２０に搭載される車載型装置であり、有人車両２０の運転手又は搭乗者が非常時に無人ダンプ１０の非常停止を指示する非常停止装置である。尚、ここで「非常時」とは、無人ダンプ１０を停止させる必要のある状況全般をいい、例えば無人ダンプ１０同士又は無人ダンプ１０と有人車両２０とが接触干渉する可能性のある状況や、作業者と無人ダンプ１０とが接触干渉する可能性のある状況などである。
【0019】
車載型受信端末３－１～３－４は、無人ダンプ１０－１～１０－４にそれぞれ搭載された無線受信装置である。車載型受信端末３－１～３－４は、携帯型送信端末１又は車載型送信端末２から送信される、無人ダンプ１０－１～１０－４を停止させるための非常減速／停止信号を受信する。非常減速／停止信号は、これらの端末から直接受信することも可能であり、中継基地局４又は統括基地局５を介した中継により非常減速／停止信号を受信することも可能である。車載型受信端末３－１～３－４が非常減速／停止信号を受信すると、無人ダンプ１０－１～１０－４は減速又は走行を停止する。無人ダンプ１０に搭載される車載型受信端末３のアンテナの設置箇所は、特定の箇所には限定されない。一例として当該アンテナは。電波の見通しのよい場所、例えば無人ダンプ１０の上面前方に設置され得る。
【0020】
携帯型送信端末１、及び車載型送信端末２は、現場内の走行路１００、積込場２００、放土場３００などから、非常減速／停止信号を送信することが可能に構成される。また、車載型受信端末３は、携帯型送信端末１又は車載型送信端末２から送信される非常減速／停止信号を直接又は間接的に受信することが可能に構成される。各中継基地局４と統括基地局５は、走行路１００、積込場２００、放土場３００など無人ダンプ１０及び有人車両２０が移動する可能性がある位置において無線通信が可能となる位置に設置されている。
【0021】
各中継基地局４と統括基地局５とは、相互に通信を行うため、無線回線で接続されており、携帯型送信端末１及び車載型送信端末２から送信される非常減速／停止信号を中継し、鉱山現場内の全ての無人ダンプ１０に対して、非常減速又は停止を指示することができる。これにより、いずれかの携帯型送信端末１又は車載型送信端末２から非常減速／停止信号が発せられた場合、当該減速又は停止が必要な無人ダンプ１０以外の無人ダンプも、全て減速又は停止させることが可能である。
【0022】
管制センター３０に設置された非常減速／停止入力装置３２と統括基地局５とは、有線回線３３により互いに接続されている。非常減速／停止入力装置３２は、オペレータの操作に従い、非常減速又は停止を指示する装置である。管制センター３０内のオペレータは、非常減速／停止入力装置３２を用いて、統括基地局５経由で全ての無人ダンプ１０に対して非常減速／停止を指示することができる。なお、非常減速／停止入力装置３２は、統括基地局５と接続しているものとして説明したが、中継基地局４と接続する構成であってもよい。
【0023】
有人車両２０に搭載される車載型送信端末２及び無人ダンプ１０に搭載される車載型受信端末３－１～３－４はＧＰＳ受信機能を搭載している。このＧＰＳ受信機能により、無人ダンプ１０及び有人車両２０は自己の位置情報を識別することが可能である。有人車両２０に搭載される車載型送信端末２は、自己の位置情報を送信する機能を有する。無人ダンプ１０に搭載される車載型受信端末３は、有人車両２０から送られてくる有人車両２０の位置情報と、無人ダンプ１０に搭載されたＧＰＳ受信機能から取得した自己の位置情報を用いて、無人ダンプ１０と有人車両２０の間の車々間距離（車々間通信の通信距離）を求めることができる。
【0024】
なお、この実施の形態の説明において、この車両制御システム１０００内で設定される無線回線を、以下のように定義する。
・各中継基地局４と統括基地局５との間で相互に通信を行うため無線回線を「路々間通信５１０」と呼ぶ。
・各中継基地局４と無人ダンプ１０又は有人車両２０との間で相互に通信を行うための無線回線を「路車間通信５２０」と呼ぶ。
・携帯型送信端末１と無人ダンプ１０との間で相互に通信を行うための無線回線を「歩車間通信５３０」と呼ぶ。
・携帯型送信端末１と各中継基地局４との相互に通信を行うための無線回線を「歩路間通信５４０」と呼ぶ。
・無人ダンプ１０と有人車両２０との間で相互に通信を行うための無線回線を「車々間通信５５０」と呼ぶ。
・各中継基地局４と統括基地局５との間で相互に通信を行うため無線回線を「路々間通信５１０」と呼ぶ。
・各中継基地局４と無人ダンプ１０又は有人車両２０との間で相互に通信を行うための無線回線を「路車間通信５２０」と呼ぶ。
・携帯型送信端末１と無人ダンプ１０との間で相互に通信を行うための無線回線を「歩車間通信５３０」と呼ぶ。
・携帯型送信端末１と各中継基地局４との相互に通信を行うための無線回線を「歩路間通信５４０」と呼ぶ。
・無人ダンプ１０と有人車両２０との間で相互に通信を行うための無線回線を「車々間通信５５０」と呼ぶ。
【0025】
図２は、車両制御システム１０００で用いられる所定の間隔で送信される無線フレーム及び無線フレームを構成するサブフレームの一例を示した図である。無線フレームは、１つの無線チャネル上を所定の間隔で送信される。複数の無線基地局及び無線端末の間を、複数の通信路を介して１つの無線チャネル上で通信接続する場合には、お互いの通信が干渉することを防止するために多重化方式が採用される。干渉を防ぐための多重化方式としては、Ｗｉ-Ｆｉシステム等で用いられているキャリアセンスを用いたＣＳＭＡ－ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式と、複数の無線基地局及び無線端末又は複数の通信路に応じて、予めサブフレームと呼ばれる単位で無線フレームを区切り、すべてのサブフレームに対して定常的に接続機会が与えられるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）と呼ばれる時分割多重方式が知られている。
【0026】
一般に、ＣＳＭＡ－ＣＡ方式では、無線基地局数や無線端末が増えると接続機会が得られにくくなるという問題がある。このため、安全性を重要視する無線システムでは、定常的に接続機会が与えられる時分割多重方式を採用することが多い。
【0027】
図２（Ａ）で示すサブフレーム割当２０００では、時分割多重化方式に従い所定の間隔（例えば１秒間隔）で無線フレームが区切られている。一例として無線フレームは、複数の通信路に応じて制御用通信を割り当てるための制御用通信サブフレーム１５００、路々間通信５１０を割り当てるための路々間通信サブフレーム１５１０、路車間通信５２０を割り当てるための路車間通信サブフレーム１５２０、歩車間通信５３０を割り当てるための歩車間通信サブフレーム１５３０、歩路間通信５４０を割り当てるための歩路間通信サブフレーム１５４０、及びそれ以外の用途に割り当てるための予約サブフレーム１５９０に分割され得る。
【0028】
制御用通信とは、中継基地局４、携帯型送信端末１、車載型送信端末２、及び車載型受信端末３が通信を開始するために必要な報知パラメータの配信、及び通信開始するために必要な接続手続を行うための通信を含む。なお、図２では図示していないが、各サブフレーム間には、実際は伝搬遅延時間の差による干渉を防ぐためのガードタイムと呼ばれる間隔が設けられる。また、各サブフレームは、上り回線と下り回線を同一の周波数で通信するＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用した場合、下り回線及び上り回線で２分割され得る。ＴＤＤ方式に替えて、下り回線と上り回線を異なる周波数で通信するＦＤＤ方式（Frequency Division Duplex）を採用することもできる。
【0029】
なお、各携帯型送信端末１、各車載型送信端末２、車載型受信端末３、各中継基地局４、及び統括基地局５は、通信する相手によって予め決められたサブフレームを割り当てられる。非常減速／停止信号等の安全性を維持するために必要な通信は全て、制御用通信サブフレーム１５００、路々間通信サブフレーム１５１０、路車間通信サブフレーム１５２０、歩車間通信サブフレーム１５３０、及び歩路間通信サブフレーム１５４０に割り当てられている。各サブフレームが１無線フレーム中毎に与えられるため、各携帯型送信端末１、各車載型送信端末２、車載型受信端末３、各中継基地局４、及び統括基地局５は、１無線フレーム毎に必ず通信機会が与えられる。
【0030】
上述の予約サブフレームは、適宜他の用途に割り当てることができる。例えば、図２（Ｂ）で示すサブフレーム割当２１００は、図２（Ａ）の予約サブフレーム１５９０の部分に、車々間通信に割り当てるための車々間通信サブフレーム１５５０を割り当てた場合を示している。図２（Ａ）のサブフレーム割当２０００における予約サブフレーム１５９０は、１無線フレームに対し、制御用通信サブフレーム１５００、路々間通信サブフレーム１５１０、路車間通信サブフレーム１５２０、歩車間通信サブフレーム１５３０、歩路間通信サブフレーム１５４０を割り当てた後の残余部分として割り当てられている。このため、予約サブフレーム１５９０は、他のサブフレームに比べて必然的にサブフレーム長が短くなってしまい、そのままでは車々間通信サブフレーム１５５０に割り当てられる無線リソースは少なく、本来割り当てるべき車々間通信５５０が割り当てられなくなるという問題が発生する。
【0031】
ここで、中継基地局４と統括基地局５との間の距離、及び中継基地局４又は統括基地局５と無人車両１０との間の距離などを含めた鉱山の環境を考えると、路々間通信５１０、路車間通信５２０における通信距離は、数ｋｍ～１０ｋｍ程度確保することが必要である。一方、車々間通信５５０における通信距離は、無人ダンプ１０と有人車両２０が接近しているときだけ通信するのであれば、数１００ｍ程度あれば十分となる。
【0032】
無線通信において、通信距離が数ｋｍから１０ｋｍ程度必要な通信方法と、通信距離が数１００ｍで十分な通信方法とに同様にリソースを配分することは非効率である。そこで、この第１の実施の形態のシステムでは、通信距離が数ｋｍ～１０ｋｍ程度の遠距離通信には、第１の通信方法として、例えばＱＰＳＫ変調方式（符号化率１／３）を割り当てる。一方、通信距離が数１００ｍ程度の近距離通信は、第２の通信方法として、例えば６４ＱＡＭ変調方式（符号化率５／６）を割り当てる。この場合、第２の通信方法を用いた近距離通信における通信速度は、遠距離通信における通信速度に比べて１０倍となる。図２（Ｃ）で示すサブフレーム割当２２００は、制御用通信５００、路々間通信５１０、路車間通信５２０、歩車間通信５３０、歩路間通信５４０には第１の通信方法を適用し、車々間通信５５０に第２の通信方法を適用したものである。車々間通信５５０が割り当てられる車々間通信サブフレーム１５５０において、大きな通信速度（縦軸）が得られる。
【0033】
図２（Ｄ）のサブフレーム割当２３００は、車々間通信５５０が割り当てられる車々間通信サブフレーム１５５０’を１の無線フレーム内において複数に分割して配置した例を示している。図２（Ｃ）の場合と同様に、車々間通信５５０が割り当てられる車々間通信サブフレーム１５５０’において、大きな通信速度（縦軸）が得られる。このサブフレーム割当２３００の場合、車々間通信サブフレーム１５５０’に割り当てる車々間通信５５０に関し、１無線フレームあたりで複数回（図２（Ｄ）の場合、５回）の通信機会が得られる。
【0034】
図３は、第１の実施の形態に係わる車両制御システム１０００における接近検知及び非常減速／停止の動作の一例を示した図である。有人車両２０－１は、通常時は、有人車両２０－１に搭載されたＧＰＳ受信機（図示せず）から自己の位置情報を取得し、この位置情報を、第１の通信方法を用いて路車間通信５２０により送信する。なお、第１の通信方法を用いた場合の位置情報の粒度は第１の粒度とする。第１の粒度とは、例えば１０ｍ単位である。
【0035】
一方、無人ダンプ１０－１は、有人車両２０－１から受信した有人車両２０－１の位置情報を、当該第１の通信方法を用いた路車間通信５２０により受信する。無人ダンプ１０－１は、自己の位置情報と有人車両２０－１の位置情報とを用いて、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１の車々間距離を求めることが出来る。
【0036】
無人ダンプ１０－１は、有人車両２０－１から第１の通信方法で受信した第１の粒度を持つ位置情報に基づいて、有人車両２０－１との車々間距離が、予め定めた接近検知第１段階の車間距離Ｘ以下か否かを判断する。車々間距離が車間距離Ｘ以下と判断した場合、無人ダンプ１０－１は、有人車両２０－１に対し、第２の通信方法により、第１の粒度よりも小さい第２の粒度で位置情報を送信するよう路車間通信５２０により指示する。有人車両２０－１は、無人ダンプ１０－１からこの指示を受けると、第２の通信方法を用いて、車々間通信サブフレーム１５５０に使用しての車々間通信５５０により、第２の粒度で自己の位置情報を送信する。
【0037】
無人ダンプ１０－１はまた、第１の粒度で送信された位置情報に基づいて得られる距離、又は第２の粒度で送信された位置情報に基づいて得られる距離のうち少なくとも一方に従って判断される有人車両２０－１との車々間距離が、予め定めた接近検知第２段階の車間距離Ｙ以下か否かを判断する。車間距離Ｙ以下と判断した場合、無人ダンプ１０－１は減速又は停止する。ここで、無人ダンプ１０－１は、相互の位置情報を用いて、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１との間の車々間距離、すなわち、車々間通信の通信距離を求めることができる。
【0038】
本システムでは、予め定めた接近検知第１段階で定義する車々間距離Ｘ又は通信距離に対応する伝搬ロスから求まる通信方法(変調方式、符号化率)を用いて車々間通信を行う。これにより、高精度な位置情報を高頻度で送ることが可能となる。なお、携帯電話やＷｉ－Ｆｉのような無線システムを一般の街中で使用する場合は、ビルや建物等の反射物があるため、通信距離から伝搬ロスを一意に定めることは一般的に難しい。しかしながら、鉱山は街中に比べて反射物が少ないため、通信距離から伝搬ロスを求めやすい。なお、通信距離から伝搬ロスを求める方法については、特定のものには限定されないが、一般に用いられている距離に対する２乗則の自由空間モデルを用いることで、通信距離から伝搬ロスを求めることができる。また、変調方式にも制限はなく、スペクトル拡散変調方式、周波数ホッピング方式、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式全てに適用可能である。
【0039】
図４は、通信距離毎に選択可能な変調方式とその符号化率、通信速度比の一例を示した表である。図４に示す通信速度比は、ＱＰＳＫ変調方式、符号化率１／３の場合の通信速度を基準として通信速度比を意味している。
例えば、第１の通信方法では、路々間通信５１０や路車間通信５２０により１ｋｍを超える通信距離で通信を行うことを想定しなければいけない。このため、例えばＱＰＳＫ変調方式で、符号化率１／３の通信方法が第１の通信方法として選択され得る。
一方、第２の通信方法では、例えば、車々間距離が１００ｍとなることがあり得ることに対応し、一例として６４ＱＡＭ変調方式、符号化率５／６の通信方法が第２の通信方法として選択され得る。この場合、第２の通信方法で選択される６４ＱＡＭ（符号化率５／６）の通信速度は、第１の通信方法で選択されるＱＰＳＫ変調方式（符号化率１／３）の通信速度に比べて１０倍となる（通信速度比が１０）。
例えば、第１の通信方法では、路々間通信５１０や路車間通信５２０により１ｋｍを超える通信距離で通信を行うことを想定しなければいけない。このため、例えばＱＰＳＫ変調方式で、符号化率１／３の通信方法が第１の通信方法として選択され得る。
一方、第２の通信方法では、例えば、車々間距離が１００ｍとなることがあり得ることに対応し、一例として６４ＱＡＭ変調方式、符号化率５／６の通信方法が第２の通信方法として選択され得る。この場合、第２の通信方法で選択される６４ＱＡＭ（符号化率５／６）の通信速度は、第１の通信方法で選択されるＱＰＳＫ変調方式（符号化率１／３）の通信速度に比べて１０倍となる（通信速度比が１０）。
【0040】
次に、図５の概念図を参照し、第１の通信方法による第１の粒度で位置情報を送受信した場合と、第２の通信方法による第２の粒度で位置情報を送受信した場合とで、次の位置情報取得のタイミングまでに無人車両１０－１及び有人車両２０－１が移動し得る範囲（移動可能領域）の違いを比較検証する。ここでは、無人ダンプ１０－１の移動速度が時速６０ｋｍであり、有人車両２０－１の移動速度が同様に時速６０ｋｍであると想定する。また、第１の通信方法による第１の粒度が１０ｍ、送信頻度が１秒に１回（１回／秒）であると想定する。また、第２の通信方法による第２の粒度が１ｍ、送信頻度が０．２秒に１回（５回／秒）であると想定する。
【0041】
この場合において、第１の粒度を有する第１の通信方法が使用されると、無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１は、それぞれ位置情報の粒度が持つ誤差が１０ｍであり、送信頻度が１秒に１回（１回／秒）である。このため、無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１は、次の位置情報取得（１秒後）までに１６ｍ進んでしまう（時速６０ｋｍ）。次の位置情報取得（１秒後）のタイミングまでに無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１が移動し得る領域（移動可能領域）は、半径２６ｍの円となる。
【0042】
一方、第２の粒度を有する第２の通信方法が使用されると、無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１は、それぞれ位置情報の粒度が持つ誤差が１ｍであり、且つ送信頻度が０．２秒に１回（５回／秒）である。このため、無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１は、次の位置情報取得（０．２秒後）までに３．２ｍしか進まない（時速６０ｋｍ）。次回位置情報取得（０．２秒後）までに無人ダンプ１０－１及び有人車両２０－１が移動し得る領域（移動可能領域）は、半径４．２ｍの円であり、第１の通信方法の場合に比べ非常に小さい。
【0043】
次回の位置情報取得までに車両が移動し得る領域が小さければ小さいほど、接近検知第２段階の車間距離Ｙを短くすることが可能となる。又は、無人ダンプ１０－１が減速して動作する時間を短縮したり、又は不要な停止の回数を減らしたりすることが可能となり、本システムの生産性を大きく向上させることが可能となる。
【0044】
図６は、上述した移動可能領域を図示した概略図である。この図６では、第１の粒度を有する第１の通信方法が使用される場合における有人車両２０－１の次回位置情報取得までの移動可能領域６００、及び無人ダンプ１０－１の次回位置情報取得までの移動可能領域６１０を示している。また図６は、第２の粒度を有する第２の通信方法が使用される場合における有人車両２０－１の次回位置情報取得までの移動可能領域７００、及び無人ダンプ１０－１の次回位置情報取得までの移動可能領域７１０を示している。
【0045】
なお、この実施の形態での説明では、無人ダンプ１０及び有人車両２０を減速させるか否かの判断の手法、停止させるかどうかの判断の方法は、特定のものに限定されない。図６から明らかなように、次回の位置情報取得までの移動可能領域を大きく狭めることにより、減速時間を短縮したり、又は不要な停止を抑制したりすることができる。具体的には、通信方法が切り替わることで、移動可能領域を大きな領域６００、６１０から小さな領域に７００、７１０に切り替えることができる。これにより、無人ダンプ１０－１の非常減速／停止が生じる可能性を少なくすることができ、鉱山の採掘作業の効率を向上させることができる。
【0046】
以上説明したように、この第１の実施の形態の車両制御システムによれば、無人ダンプ１０と有人車両２０とは、当初は第１の粒度の第１の通信方法で通信しているところ、両者間の距離が第１の車間距離閾値以下となったと判断される場合に、無人ダンプ１０は、第１の通信方法とは異なる第２の通信方法で、且つ第１の粒度よりも小さい第２の粒度で位置情報を送信するよう有人車両２０に指示する。有人車両２０は、無人ダンプ１０から、第２の通信方法を用いて第２の粒度で位置情報を送信するよう指示を受けると、第２の通信方法を用いて第２の粒度で位置情報を送信する。第２の粒度の第２の通信方法による位置情報の送信がなされることにより、無人ダンプ１０が不要に減速又は停止の対象とされることが抑制される。従って、この第１の実施の形態によれば、安全性の確保と生産性の向上とを両立することを可能とした車両制御システムを提供することができる。なお、上記の説明では、非常時に無人ダンプ１０を減速又は停止させる制御を説明したが、減速又は停止の代わりに、例えば無人ダンプ１０を迂回路に迂回させるなどの制御を行うこともできる。すなわち、非常時において無人ダンプ１０と他の車両等との衝突を回避するための手法が取られるのであれば、その衝突回避の方法は特定のものには限定されない。
【0047】
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態に係る車両制御システムを、図７～図１１を参照して説明する。この第２の実施の形態の車両制御システムの全体構成や全体的な動作は、第１の実施の形態と略同一であるので、重複する説明は省略する。ただし、この第２の実施の形態では、第１の通信方法から第２の通信方法に切り替える場合における動作の詳細が第１の実施の形態とは異なっている。具体的にこの第２の実施の形態では、有人車両２０と無人ダンプ１０が第１段階の車々間距離がＸ以下となった場合、原則として有人車両２０と無人ダンプ１０との間で車々間通信が開始され、第２の粒度を有する第２の通信方法により通信が開始される。ただし、この切り替えの際に、下に説明する優先度が考慮され、より優先度が高い無人ダンプ１０は、優先度が低い無人ダンプ１０よりも優先して第２の通信方法に切り替えられる。換言すれば、自律走行車両である複数の無人ダンプ１０は、それぞれ車々間通信に関し個別の優先度を与えられる。なお、優先度の決定は、例えば管制センター３０において実行することができる。
次に、第２の実施の形態に係る車両制御システムを、図７～図１１を参照して説明する。この第２の実施の形態の車両制御システムの全体構成や全体的な動作は、第１の実施の形態と略同一であるので、重複する説明は省略する。ただし、この第２の実施の形態では、第１の通信方法から第２の通信方法に切り替える場合における動作の詳細が第１の実施の形態とは異なっている。具体的にこの第２の実施の形態では、有人車両２０と無人ダンプ１０が第１段階の車々間距離がＸ以下となった場合、原則として有人車両２０と無人ダンプ１０との間で車々間通信が開始され、第２の粒度を有する第２の通信方法により通信が開始される。ただし、この切り替えの際に、下に説明する優先度が考慮され、より優先度が高い無人ダンプ１０は、優先度が低い無人ダンプ１０よりも優先して第２の通信方法に切り替えられる。換言すれば、自律走行車両である複数の無人ダンプ１０は、それぞれ車々間通信に関し個別の優先度を与えられる。なお、優先度の決定は、例えば管制センター３０において実行することができる。
【0048】
車々間通信サブフレーム１５５０に割り当てる車々間通信５５０のデータ量が、車々間通信サブフレーム１５５０で送ることが可能な通信容量を超える場合がある。換言すれば、車々間通信サブフレーム１５５０に割り当てられる車々間通信５５０の無線リソース（割り当てられる回線数）は有限であるため、全ての有人車両２０と無人ダンプ１０の間の車々間通信５５０が車々間通信サブフレーム１５５０により可能となるとは限らない。そこで、この第１の実施の形態のシステムは、データ量が通信容量を超える場合に、所定の条件に従って定まる優先順位に従い、車々間通信５５０に対し車々間サブフレーム１５５０を割り当てる。優先度の高い状況にある無線ダンプ１０については、車々間サブフレーム１５５０を用いた第２の通信方法による車々間通信が開始される一方で、優先度が低い状況にある無線ダンプ１０については、車々間通信は行われず、引き続き路車間通信による制御が継続されることがあり得る。
【0049】
無人ダンプ１０の位置情報、及び位置情報から判別される地図情報、無人ダンプ１０の走行状態に関する情報、無人ダンプ１０の積荷積載情報、その他鉱山での採掘に関する様々な情報に基づいて優先度が高い状況にあると判断される場合には、その無人ダンプ１０に対し車々間サブフレーム１５５０を優先的に割り当てることができる。
【0050】
例えば、図７に示すように、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１が走行路１００上で接近しているが、無人ダンプ１０－１は上り坂を走っており、一方、有人車両２０－１は下り坂を走っているとする。この場合は、無人ダンプ１０－１の非常時の減速や停止が容易であり、危険性が低いと判断され、減速や停止をできるだけ回避することが鉱山の採掘作業を効率化の観点からは望ましい。このため、この第２の実施の形態のシステムでは、この図７のような状況にある無人ダンプ１０－１に高い優先度を与え、第１の車間距離Ｘが検知された場合、優先的に当該無人ダンプ１０－１において車々間通信５５０を開始させ、第２の通信方法による第２の粒度で車々間距離を求める。これにより、より細やかな減速判断又は停止判断が可能となるため、無人ダンプ１０－１の減速時間又は不要な停止を減らすことが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
【0051】
また、図８に示すように、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１が走行路１００上で接近しているが、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１とは高低差のある別のコースを走っているとする。特に、有人車両２０－１が無人ダンプ１０－１よりも高い位置にいる場合は、危険性が低いと判断される。このため、第２の実施の形態のシステムでは、この図８のような状況にある無人ダンプ１０－１に高い優先度を与える。図８のような無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１の間で第１の車間距離Ｘが検知された場合、優先的に当該無人ダンプ１０－１において車々間通信５５０を開始させ、第２の通信方法による第２の粒度で車々間距離を求める。これにより、より細やかな減速判断又は停止判断が可能となるため、無人ダンプ１０－１の減速時間又は不要な停止を減らすことが可能となり、生産性の向上を図ることができる。なお、車両の高さは、例えばＧＰＳ受信機１０９によって得られる位置情報から判定することができる。
【0052】
また、図９に示すように、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１とが同一の走行路１００上で接近しているが、有人車両２０－１が無人ダンプ１０－１を追尾して走っているとする。この場合は、無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１との間の相対速度は小さく、危険性が低いと判断される。このため、第２の実施の形態のシステムでは、この図９のような状況にある無人ダンプ１０－１に高い優先度を与える。図９のような無人ダンプ１０－１と有人車両２０－１の間で第１の車間距離Ｘが検知された場合、優先的に当該無人ダンプ１０－１において車々間通信５５０を開始させ、第２の通信方法による第２の粒度で車々間距離を求める。これにより、より細やかな減速判断又は停止判断が可能となるため、無人ダンプ１０－１の減速時間又は不要な停止を減らすことが可能となり、生産性の向上を図ることができる。なお、上述の追尾がなされているか否かは、例えば各々の車両が備えるＧＰＳ受信機等の自己位置推定装置によって得られる位置情報から判定することができる。
【0053】
また、無人ダンプ１０－１が積載している積荷の積載量が大きい場合には、無人ダンプ１０－１が積荷を積載していない場合や、積載量が小さい場合に比べ、優先度を高くすることができる。図１０（ａ）は、積荷の積載量を計測可能な無人ダンプ１０－１の構成の一例を示す。この無人ダンプ１０－１は、前輪タイヤ、後輪タイヤのそれぞれにサスペンションシリンダ４１、４２を備えている。なお、サスペンションシリンダ４１は、２つの前輪タイヤの各々に設けることができ、サスペンションシリンダ４２は、２つの後輪タイヤの各々に設けることができる。すなわち、サスペンションシリンダ４１又は４２は前後４本のタイヤの各々に計４個設置することができる。これらのサスペンションシリンダ４１、４２には、各シリンダに掛かる荷重を計測するための圧力センサ４３、４４が設けられている。この圧力センサ４３，４４の検知出力に従って、積荷の重量を計測し、優先度の判断を行うことができる。また、圧力センサ４３、４４に加えて、無人ダンプ１０－１の傾斜を計測する傾斜センサ４５を設けても良い。傾斜センサ４５により、無人ダンプ１０－１が走行している走行路の斜度を計測することができる。
【0054】
図１０（ｂ）に示すように、このサスペンションシリンダ４１、４２は、タイヤの回転軸に支持されるシリンダ５１と、車体に支持されるピストン５２とを備えている。ピストン５２は、シリンダ５１内を上下に摺動するピストン本体５３と、このピストン本体５３に連結されたピストン筒５４とから構成されている。このピストン本体５３によってシリンダ５１が上室ＣＵと下室ＣＬとに区画される。また、ピストン本体５３に形成されたオリフィス５５を介してオイルが上室ＣＵと下室ＣＬとの間で流通することが可能になっている。
【0055】
下室ＣＬと連通するピストン筒５４の内部にはオイルと共に窒素ガスが封入されている。窒素ガスの圧力はピストン筒５４の内側上端付近に設けられた圧力センサ５６により計測される。この圧力センサ５６の検知圧力により、無人ダンプ１０－１の積荷の積載量を計測することができる。
【0056】
図１１に示すように、上述の優先度は、１つの要素だけでなく、複数の要素の合計に従って決定してもよい。図１１の例は、走行路１００の異同、無人ダンプ１０－１が放土場３００にいるか否か、無人ダンプ１０－１が上り坂を上っているか、有人車両２０－１が無人ダンプ１０－１を追尾中であるか否か、及び無人ダンプ１０－１の積荷の積載量が所定値以上か否かの総合点により、優先度を計算したものである。高い優先度を与えられた無人ダンプ１０は、それよりも低い優先度を与えられた無人ダンプ１０に比べて優先的に車々間通信及び第２の通信方法を割り当てられる。このように、車々間通信サブフレーム１５５０の通信容量を超えない範囲で、無人ダンプ１０に車々間通信が割り当てられる。例えば、車々間通信サブフレーム１５５０で送ることが可能な回線数が３回線までとすると、図１０のケースでは、優先度の上位３位までの無人ダンプ１０に車々間通信サブフレーム１５５０が割り当てられる。なお、上り坂を上っているか否かは、例えば傾斜センサ４５から得られる傾斜情報から判定してもよいし、車両に搭載されたＧＰＳ受信機１０９によって得られる位置情報の変化から判定することもできる。
【0057】
優先度が低かったため、車々間通信サブフレーム１５５０に車々間通信５５０が割り当てられなかった無人ダンプ１０と有人車両２０は、引き続き路々間通信５１０及び路車間通信５２０を用いた、第１の通信方法による第１の粒度の位置情報から求まる車々間距離により減速判断又は停止判断を行う。路々間通信５１０及び路車間通信５２０を用いた、第１の通信方法による第１の粒度の位置情報から求まる車々間距離により安全性は守られる。一方、車々間通信５５０を用いた、第２の通信方法による第２の粒度の位置情報から求まる車々間距離により減速判断又は停止判断が行えた場合は、生産性向上が見込める。
【0058】
なお、無人ダンプ１０が上記の状況にあるか否かは、上述のＧＰＳ受信機、地図情報、圧力センサ５６の検出圧力、図示しないテレビカメラの画像処理結果、その他の情報から判定することができる。
【0059】
なお、優先順位は、管制センター３０及び統括基地局５が各種情報に基づいて決定し、該当する無人ダンプ１０と有人車両２０に対し、車々間通信５５０の開始を指示することが望ましい。
【0060】
［車載型送信端末２の構成例］
図１２のブロック図は、上記実施の形態の車載型送信端末２の構成例を示している。車載型送信端末２は、一例として、送受信アンテナ１０１、無線装置１０２、電源装置１０５、表示装置１０６、非常減速／停止ボタン１０７、コントローラ１０８、ＧＰＳ受信機１０９、及びＧＰＳアンテナ１１０を有する。また、コントローラ１０８は、マイコン装置１０４、及びベースバンド装置１０３を含む。ベースバンド装置１０３の機能は、無線装置１０２が有していても良い。
図１２のブロック図は、上記実施の形態の車載型送信端末２の構成例を示している。車載型送信端末２は、一例として、送受信アンテナ１０１、無線装置１０２、電源装置１０５、表示装置１０６、非常減速／停止ボタン１０７、コントローラ１０８、ＧＰＳ受信機１０９、及びＧＰＳアンテナ１１０を有する。また、コントローラ１０８は、マイコン装置１０４、及びベースバンド装置１０３を含む。ベースバンド装置１０３の機能は、無線装置１０２が有していても良い。
【0061】
電源装置１０５は、バッテリ８１０、及び電圧変換器８１１などから構成される。電源装置１０５は、バッテリ８１０から供給される電源を、電圧変換器８１１で必要な電圧に変換した後、車載型送信端末２内の各部に対して供給する機能を持つ。
【0062】
表示装置１０６は、ＬＥＤや液晶表示装置などから構成され、電源装置１０５とマイコン装置１０４に接続している。表示装置１０６は、電源の正常性、及び無線エリアの圏外判定結果を操作者に知らせる機能を有する。
【0063】
非常減速／停止ボタン１０７は、コントローラ１０８のマイコン装置１０４と接続されており、操作者が無人ダンプ１０－１の非常減速又は停止を指示するための操作用ボタンを含んでいる。管制センター３０の非常減速／停止入力装置３２と同様に、無人ダンプ１０－１の非常減速又は停止を指示するものであるが、この非常減速／停止ボタン１０７は、車載型送信端末２に設けられている。非常減速／停止ボタン１０７は、その押下操作により操作者からの指示を検知する押しボタン構造とすることできる。また、非常減速／停止ボタン１０７は、押下された場合にロックされ、これを解除しない限り押下され続ける機構を備えていることが望ましい。
【0064】
ＧＰＳ受信機１０９は、ＧＰＳアンテナ１１０及びコントローラ１０８のマイコン装置１０４と接続しており、ＧＰＳアンテナ１１０を介して受信したＧＰＳ受信信号から、有人車両２０の現在位置を表す位置情報を取得する。ＧＰＳ受信機１０９は有人車両２０の現在位置を表す位置情報を、マイコン装置１０４に対して定期的（例えば１秒単位）に出力する。
【0065】
コントローラ１０８のマイコン装置１０４は、表示装置１０６、非常減速／停止ボタン１０７、ベースバンド装置１０３、ＧＰＳ受信機１０９と接続しているマイクロコンピュータであり、演算処理装置であるＣＰＵ８０１、メインメモリやフラッシュメモリなどの記憶装置８０２を有している。記憶装置８０２に記憶されているプログラムがＣＰＵ８０１で演算実行されることで、以降に説明する機能を実現する。マイコン装置１０４は、その一部又は全てが集積回路などで構成されていてもよい。マイコン装置１０４は、上記の機能に加え、電源装置１０５が正常に動作しているかの判定、及び各中継基地局４と統括基地局５とにより形成される無線エリアの中に有人車両２が在圏しているかどうかの圏外判定を行う。なお、マイコン装置１０４には、機能安全に適したマイクロコンピュータを使用することが望ましく、ＳＩＬ（Safety Integrity Level）などの安全規格を満たしたマイクロコンピュータであることが望ましい。
【0066】
コントローラ１０８のベースバンド装置１０３は、集積回路などで構成されており、時分割多重化方式に従い他の装置と通信を行うユニットである。ベースバンド装置１０３は、規定の単位時間（例えば１秒）を複数に分割した各サブフレームのうち、予め割り当てられた、又は制御用通信５１０により自機に割り当てられたサブフレーム内で信号を出力する。ベースバンド装置１０３は、マイコン装置１０４からの制御に従い、自機に割り当てられたサブフレーム内で信号を送信するように無線装置１０２を制御する。
【0067】
無線装置１０２は、ベースバンド装置１０３による制御に基づき、ベースバンド装置１０３から出力されたデータに対し、誤り訂正符号化、変調、周波数変換、フィルタリング、増幅等の処理を施して無線信号を生成する。無線装置１０２は、生成した無線信号を送受信アンテナ１０１に送る。
【0068】
ここで、図１３を参照して、車両制御システム１０００で用いられる通信プロトコルスタックについて説明する。図１３は、携帯型送信端末１、車載型送信端末２、車載型受信端末３、中継基地局４、統括基地局５の通信プロトコルスタックの一例を示した図である。
【0069】
携帯型送信端末１、車載型送信端末２、車載型受信端末３、中継基地局４、統括基地局５は、無線通信レイヤ、安全通信レイヤ、アプリケーションレイヤのプロトコルスタックから構成されるデータを相互に送受信する。
【0070】
無線通信レイヤは、無線通信として通信接続及び通信維持を目的とした通信プロファイルが定義するレイヤであって、これに基づいた無線通信機能を司るレイヤである。安全通信レイヤは、安全通信として機能安全を目的とした通信プロファイルが定義するレイヤであって、これに基づいた安全通信機能を司るレイヤである。アプリケーションレイヤは、操作者とのユーザインタフェースを司るレイヤである。
【0071】
携帯型送信端末１、車載型送信端末２、車載型受信端末３、中継基地局４、統括基地局５が互いに通信する際には、各々のレイヤ毎の通信プロファイルに基づいて、通信接続及び通信維持が図られる。例えば、車載型送信端末２と中継基地局４が通信する場合、車載型送信端末２の無線通信レイヤ１２１と中継基地局４の無線通信レイヤ４２１とは、相互に認識できるフォーマットを用いて通信接続を行う。車載型送信端末２の安全通信レイヤ１２２と中継基地局４の安全通信レイヤ４２２も同様に、相互に認識できるフォーマットを用いて通信接続を行う。車載型送信端末２のアプリケーションレイヤ１２３と中継基地局４のアプリケーションレイヤ４２３も同様であり、相互に認識できるフォーマットを用いて通信接続を行う。尚、送受信される対象データは、各レイヤを跨ぐごとにカプセル化され、またカプセル化の解除が行われる。
【0072】
図１２に示すコントローラ１０８のマイコン装置１０４は、図１３のアプリケーションレイヤ１２３と安全通信レイヤ１２２で提供される機能を実施する。マイコン装置１０４は、アプリケーションレイヤ１２３の機能として、非常減速／停止ボタン１０７が押されているか否かを示す非常減速／停止信号と、ＧＰＳ受信機から送られてくる自己の現在位置を示す位置情報を送信データとして生成する。マイコン装置１０４は、生成した送信データを下位層の安全通信レイヤ１２２に転送する。
【0073】
加えて、マイコン装置１０４は、安全通信レイヤ１２２の機能として、アプリケーションレイヤ１２３から転送された送信データに対し、後述の制御情報を付与する。この制御情報により、機能安全を目的とした通信プロファイルに基づいた送信処理が行われる。この送信処理は、例えば、データ破損、繰り返し、不正順序、欠落、遅延、挿入、なりすまし、宛先違いのいずれか、又は全ての脅威に対する安全方策を行うための処理である。
【0074】
図１４は、安全通信レイヤ、無線通信レイヤのデータフォーマットの一例を示した図である。アプリケーションレイヤ１２３で生成された、非常減速／停止信号と位置情報が含まれる送信データは、安全通信レイヤにおいてはＤＡＴＡ１２２３となる。ＤＡＴＡ１２２３として送られる送信データは、機能安全を目的とした安全方策として、通番１２２１、ＩＤ１２２２、及びセーフティコード１２２４を付与される。通番１２２１は、送信側の携帯型送信端末１や車載型送信端末２が自機内で管理している通し番号（シーケンス番号）である。ＩＤ１２２２は、送信側となる携帯型送信端末１及び車載型送信端末２を一意に識別するための識別情報である。セーフティコード１２２４は、上記のデータ破損、繰り返し、不正順序、欠落、遅延、挿入、なりすまし、宛先違いなどの脅威に対する安全方策を施すためのコードである。
【0075】
マイコン装置１０４は、これらの制御情報をＤＡＴＡ１２２３に付与して安全通信送信データ１１３を生成し、これをベースバンド装置１０３に出力する。尚、図１４における安全通信レイヤのデータフォーマットはあくまで一例であり、これに限定されない。図１２に示すコントローラ１０８のベースバンド装置１０３は、図１３に示す無線通信レイヤ１２１の機能を持つ。ベースバンド装置１０３は、無線通信レイヤ１２１において、安全通信レイヤ１２２で生成された安全通信送信データ１１３に対し、無線通信接続、通信維持を目的とした通信プロファイルに基づいた処理を施す。
【0076】
図１４に示すように、無線通信レイヤ１２１において、安全通信送信データ１１３はＰＡＹＬＯＡＤ１２１３となり、通信の接続及び維持を目的としたＵＷ（Unique Word）１２１１、ＣＴＲＬ（Control）１２１２、データ誤りを検出するＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）１２１４が付与されて無線通信送信データ１１１が生成される。無線通信送信データ１１１は複数のスロットＳに分割されて送信される。なお、図１４における無線通信レイヤのデータフォーマットはあくまで一例であり、これに限定されない。
【0077】
無線通信レイヤ１２１で生成された無線通信送信データ１１１は、予め決められた所定のサブフレームで送信されるようにタイミング調整された後、無線装置１０２に送られる。無線装置１０２は、無線通信送信データ１１１を、変調、周波数変換、フィルタリング、増幅等の処理を施して無線信号を生成し、生成した無線信号を送受信アンテナ１０１に送る。
【0078】
送受信アンテナ１０１は、無線装置１０２で生成された無線信号を携帯型送信端末１、車載型送信端末２、車載型受信端末３、中継基地局４、統括基地局５に向けて放射する。また、送受信アンテナ１０１は、携帯型送信端末１、車載型送信端末２、車載型受信端末３、中継基地局４、統括基地局５から送信される無線信号を受信し、無線装置１０２にこの無線信号を送る。無線装置１０２は、送受信アンテナ１０１から送られてきた無線信号を、増幅、フィルタリング、周波数変換、復調、誤り訂正復号等の処理を施してベースバンド受信データ１１２を生成する。尚、ベースバンド受信データ１１２のデータフォーマットは図１４の無線通信送信データ１１１と同じである。
【0079】
コントローラ１０８のベースバンド装置１０３は、無線通信レイヤ１２１の機能として、無線装置１０２で生成されたベースバンド受信データ１１２に対し、無線通信接続、通信維持を目的とした通信プロファイルに基づいた受信処理を施し、安全通信受信データ１１４を生成する。尚、安全通信受信データ１１４のデータフォーマットは、図１４の安全通信送信データ１１３と同じである。また、無線通信接続、通信維持を目的とした通信プロファイルに基づいた受信処理とは、例えば、同期検出、同期維持、誤り検出等である。ベースバンド装置１０３は、これらを行った後、ベースバンド受信データ１１２内のＰＡＹＬＯＡＤ１２１３、すなわち安全通信受信データ１１４を抽出する。ベースバンド装置１０３は、生成した安全通信受信データ１１４を、マイコン装置１０４に出力する。
【0080】
コントローラ１０８のマイコン装置１０４は、ベースバンド装置１０３で生成された安全通信受信データ１１４に対し、安全通信として機能安全を目的とした通信プロファイルに基づいた受信処理を施す。マイコン装置１０４は、その後、安全通信受信データ１１４からＤＡＴＡ１２２３を生成する。ここで生成されたＤＡＴＡ１２２３が受信データであり、自己が送信した非常減速／停止信号や位置情報のデータに対する応答データ及び制御データである。以上、車載型送信端末２の構成及び動作を図１２～図１４を参照して説明したが、携帯型送信端末１の構成及び動作も略同様である。
【0081】
【0082】
車載型送信端末２は、無人ダンプ１０又は統括基地局５から車々間通信５５０を実行するか否かを制御用通信５００又は路車間通信５２０を介して指示される。車々間通信５５０に関する指示がない場合（ステップＳ００１のＮｏ）、携帯型送信端末２のベースバンド装置１０３が第１の通信方法である変調方式（符号化率）で動作するようパラメータ設定がなされる（ステップＳ００２）。例えば、第１の通信方法であるＱＰＳＫ変調方式（符号化率１／３）が設定される。
【0083】
一方、車々間通信５５０に関する指示がある場合（ステップＳ００１のＹｅｓ）、車載型送信端末２のベースバンド装置１０３が第２の通信方法である変調方式（符号化率）で動作するようパラメータ設定がされる（ステップＳ００６）。例えば、第２の通信方法である６４ＱＡＭ変調方式（符号化率＝５／６）が設定される。
【0084】
第１の通信方法が設定された場合、続いて、車載型送信端末２のＧＰＳアンテナ１１０は、ＧＰＳ信号を受信し（ステップＳ００３）、このＧＰＳ信号に基づき、ＧＰＳ受信機１０９は有人車両２０の現在位置を表す位置情報を取得する（ステップＳ００４）。そして、マイコン装置１０４は、自己の位置情報を含む送信データを第１の粒度で生成する（ステップＳ００５）。ここで第１の粒度は第２の粒度よりも粗く、例えば１０ｍとする。
【0085】
第２の通信方法が設定された場合においても、ステップＳ００７及び００８で、ステップＳ００３、００４と同一の動作がなされる。マイコン装置１０４は、自己の位置情報を含む送信データを第２の粒度で生成する（ステップＳ００９）。ここで第２の粒度は第１の粒度よりも細かく、例えば１ｍとする。第２の粒度を有する第２の通信方法で自己の位置情報等が得られている場合において、車間距離が車々間距離Ｙ以下に達したことが検知された場合、無人タンク１０に対し減速又は停止処理が実行される。
【0086】
続いて、ステップＳ０１０に移行し、非常減速／停止ボタン１０７が押されているか否かが判定される。押されていないと判定される場合（ステップＳ０１０のＮｏ）、マイコン装置１０４は、アプリケーションレイヤ１２３にて非常減速／停止信号“０”を生成する（ステップＳ０１１）。一方、非常減速／停止ボタン１０７が押されていると判定される場合（ステップＳ０１０のＹｅｓ）、マイコン装置１０４は、アプリケーションレイヤ１２３にて非常減速／停止信号“１”を生成する（ステップＳ０１２）。そして、マイコン装置は、得られた位置情報と非常減速／停止信号を含む送信データを生成する（ステップＳ０１３）。
生成された送信データは、安全通信レイヤ１２２にて機能安全として必要な送信処理を施された後送信される（ステップＳ０１４）。ベースバンド装置１０３は、受領したデータに対し、無線通信レイヤ１２１にて無線通信として必要な送信処理を施す。
生成された送信データは、安全通信レイヤ１２２にて機能安全として必要な送信処理を施された後送信される（ステップＳ０１４）。ベースバンド装置１０３は、受領したデータに対し、無線通信レイヤ１２１にて無線通信として必要な送信処理を施す。
【0087】
送信処理を施した後のデータは、車々間通信の指示があれば、車々間通信サブフレーム１５５０の該当スロットで送信されるタイミングで無線装置１０２に出力される（ステップＳ０１５）。車々間通信の指示がなければ、当該データは、路車間通信サブフレーム１５２０の該当スロットで送信されるタイミングで無線装置１０２へ出力される。無線装置１０２は、ベースバンド装置１０３から受領したデータに対し、変調、周波数変換、フィルタリング、増幅等の処理を施して送受信アンテナ１０１から確認応答信号を出力する（ステップＳ０１６）。このステップＳ０１６の終了後、車々間通信５５０の指示がある場合（Ｓ００１：Ｙｅｓ）、０．２秒毎にＳＴＡＲＴにループし、車々間通信５５０の指示がない場合（Ｓ００１：Ｎｏ）、１秒毎にＳＴＡＲＴにループする。
【0088】
車々間通信５５０の指示の有無に関わらずＳＴＡＲＴにループすることで、自己の位置情報は定期的に送信され、非常減速／停止ボタン１０７が押下されている間は（Ｓ０１０：Ｙｅｓ）、連続して非常減速／停止信号が“１”として送信されることとなる。また、非常減速／停止ボタン１０７が解除されれば（Ｓ０１０：Ｎｏ）、マイコン装置１０４は、非常減速／停止信号が“０”として送信されることとなる。
【0089】
なお、図１５では省略したが、車々間通信５５０の指示がある場合において（Ｓ００１：Ｙｅｓ）において、第２の通信方法による第２の粒度で位置情報を生成し、車々間通信サブフレーム１５５０で送信することに加えて、第１の通信方法による第１の粒度で位置情報を生成し、路車間通信サブフレーム１５２０で並行して送信してもよい（１秒単位）。
【0090】
車々間通信５５０の指示がない場合には、第１の粒度を有する第１の通信方法で、路車間通信５２０により自己の位置情報が伝達され、且つ非常減速／停止信号も伝達される。第１の通信方法の場合、車間距離Ｘにおいて非常減速／停止の判断がなされ、無人ダンプ１０及び統括基地局５に伝わるので、安全性として問題になることはない。一方、車々間通信５５０の指示があれば、車々間通信を使って、自己の高精度な位置情報を高頻度で無人ダンプ１０又は統括基地局５に伝えることが可能となり、無人ダンプの減速時間又は不要な停止を減らすことが可能となり、生産性の向上が得られる。
【0091】
尚、上記実施形態では、図１４に示す通番１２２１、ＩＤ１２２２などのフィールドサイズは調整することができ、例えばそれぞれ数バイトずつの小サイズとすることができる。例えば、端末が２５６台以下の場合はＩＤのフィールドは１バイト（＝２５６ｂｉｔ）で足り、通番については、半日（４３２００秒）程度で数値を巡回させることが許容される場合は２バイト（＝６５５３６ｂｉｔ）で足りる。上記実施形態のように、付与する制御コード（ヘッダやフッタ）のサイズを小さくし、制御コードの種別を減らして簡素な構成とすることで、１回で送信可能な情報量を削減することができ、またガードタイムを長めに設けることも可能となる。
【0092】
また本実施形態の場合、図１４に示すＤＡＴＡ１２２３に入る情報（コンテンツ）は、少なくとも非常減速／停止及び自己の位置情報が含まれていれば足りるため、その容量は数十バイト程度であればよい。このような小サイズのＤＡＴＡ１２２３を送受信するのに際し、制御コードが大きなサイズでは、コンテンツデータに対する伝送効率が低減する。本実施形態では、制御コードのサイズを小さくすることで、コンテンツデータに対する伝送効率の低減を緩和することもできる。
【0093】
尚、上記実施形態ともに鉱山現場の無人ダンプを例にして実施形態を説明したが、鉱山の無人ダンプに限らず、有人ダンプ、建設現場の建設機械等にも同様の制御が適用可能である。
【0094】
以上に詳説したように、本実施形態によれば、自律走行する無人ダンプの減速時間又は不必要な停止を減らしつつ、非常時には、高速移動する運搬車両を遠隔から停止させることができる。
【0095】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【0096】
１…携帯型送信端末、２…車載型送信端末、３…車載型受信端末、４…中継基地局、５…統括基地局、１０…無人ダンプ、２０…有人車両、３０…管制センター、３１…運行管理システム、３２…非常減速／停止入力装置、１００…走行路、１０１…送受信アンテナ、１０２…無線装置、１０３…ベースバンド装置、１０４…マイコン装置、１０５…電源装置、１０６…表示装置、１０７…非常減速／停止ボタン、１０８…コントローラ、１０９…ＧＰＳ受信機、１１０…ＧＰＳアンテナ、２００…積込場、３００…放土場、５００…制御用通信、５１０…路々間通信、５２０…路車間通信、５３０…歩車間通信、５４０…歩路間通信、５５０…車々間通信、６００、６１０、７００…移動可能領域、１０００…車両制御システム、１５００…制御用通信サブフレーム、１５１０…路々間通信サブフレーム、１５２０…路車間通信サブフレーム、１５３０…歩車間通信サブフレーム、１５４０…歩路間通信サブフレーム、１５５０…車々間通信サブフレーム、１５９０…予約サブフレーム、２０００、２１００、２２００、２３００…サブフレーム割当方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】