JP5904226B2 - Vehicle behavior prediction apparatus and program - Google Patents

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Description

本発明は、車両挙動予測装置及びプログラムに係り、特に、車両の位置情報及び運動状態を予測する車両挙動予測装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a vehicle behavior prediction apparatus and program, and more particularly, to a vehicle behavior prediction apparatus and program that predicts position information and a motion state of a vehicle.

従来より、複数種類の操作状態毎に予め求めた道路状態と車両の加速度との関係と、各地点の道路状態と、予測された操作状態の時系列データとに基づいて、走行路における車両の加速度の時系列データを予測し、走行路における車両の加速度の時系列データに基づいて、走行路における車両の速度の時系列データを予測する速度予測装置が知られている(特許文献1)。   Conventionally, on the basis of the relationship between the road condition and the acceleration of the vehicle obtained in advance for each of a plurality of types of operation conditions, the road condition at each point, and the time series data of the predicted operation condition, There is known a speed prediction device that predicts time-series data of acceleration and predicts time-series data of the speed of the vehicle on the traveling road based on the time-series data of the acceleration of the vehicle on the traveling road (Patent Document 1).

特開2012−168037号公報JP 2012-168037 A

しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、車両の位置情報以外に、車速や加速度、操作量など、車両外から観測することが不可能な情報を使っているため、当該装置が搭載されている車両の予測に利用することができない。   However, since the technique described in Patent Document 1 uses information that cannot be observed from outside the vehicle, such as vehicle speed, acceleration, and operation amount, in addition to the vehicle position information, the apparatus is mounted. It cannot be used to predict the vehicle that is being used.

また、複数の運転シーンを想定していないため、一般道運転の予測精度が低い。   In addition, since a plurality of driving scenes are not assumed, the prediction accuracy of general road driving is low.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、車両の位置情報及び運動状態を精度よく予測することができる車両挙動予測装置及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle behavior prediction apparatus and program capable of accurately predicting position information and a motion state of a vehicle.

上記の目的を達成するために本発明に係る車両挙動予測装置は、車両の位置情報及び前記車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された時刻t−1の前記車両の外部環境情報と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両のドライバの運転操作量を予測する運転操作予測手段と、前記運転操作予測手段によって予測された時刻tの前記ドライバの運転操作量と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する車両挙動予測手段と、前記取得手段によって取得された時刻tの車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻tの前記車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける前記車両の運動状態を推定する運転操作車両状態推定手段と、を含み、前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する
In order to achieve the above object, a vehicle behavior prediction apparatus according to the present invention includes an acquisition unit that acquires position information of a vehicle and external environment information of the vehicle at each time t, and a time t− acquired by the acquisition unit. A driving operation prediction unit that predicts a driving operation amount of the driver of the vehicle at time t based on the external environment information of the vehicle at 1 and the motion state of the vehicle at time t−1, and the driving operation prediction unit. Vehicle behavior prediction for predicting the position information of the vehicle and the motion state of the vehicle at the time t based on the driving operation amount of the driver at the time t predicted by the time t and the motion state of the vehicle at the time t−1. And the vehicle position information at time t acquired by the acquisition means and the vehicle position information at time t predicted by the vehicle behavior prediction means. Driving operation vehicle state estimation means for estimating the movement state of the vehicle, wherein the driving operation prediction means includes the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means, and the driving operation vehicle state estimation means Based on the estimated movement state of the vehicle at the time t, the driving operation amount of the driver of the vehicle at the time t + 1 is predicted, and the vehicle behavior prediction unit is configured to predict the driving operation prediction unit at the time t + 1 predicted by the driving operation prediction unit. Based on the driving operation amount of the driver and the movement state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means, the position information of the vehicle and the movement state of the vehicle at time t + 1 are predicted.

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、車両の位置情報及び前記車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された時刻t−1の前記車両の外部環境情報と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両のドライバの運転操作量を予測する運転操作予測手段、前記運転操作予測手段によって予測された時刻tの前記ドライバの運転操作量と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する車両挙動予測手段、及び前記取得手段によって取得された時刻tの車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻tの前記車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける前記車両の運動状態を推定する運転操作車両状態推定手段として機能させるプログラムであって、前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測するプログラムである。   The program according to the present invention includes a computer for acquiring vehicle position information and vehicle external environment information for each time t, and vehicle external environment information at time t−1 acquired by the acquisition device. And the driving operation predicting means for predicting the driving operation amount of the driver of the vehicle at the time t based on the motion state of the vehicle at the time t−1, the driver at the time t predicted by the driving operation predicting means. Obtained by the vehicle behavior prediction means for predicting the position information of the vehicle and the motion state of the vehicle at the time t, and the acquisition means based on the driving operation amount of the vehicle and the motion state of the vehicle at the time t-1. Based on the position information of the vehicle at time t and the position information of the vehicle at time t predicted by the vehicle behavior prediction means, the motion state of the vehicle at time t is estimated. The driving operation predicting means is estimated by the driving operation vehicle state estimating means and the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquiring means. Based on the movement state of the vehicle at the time t, the driving operation amount of the driver of the vehicle at the time t + 1 is predicted, and the vehicle behavior predicting unit predicts the driver's driving operation at the time t + 1 predicted by the driving operation prediction unit. The program predicts the position information of the vehicle and the movement state of the vehicle at time t + 1 based on the driving operation amount and the movement state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means.

本発明によれば、取得手段によって、車両の位置情報及び車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する。   According to the present invention, the acquisition unit acquires the position information of the vehicle and the external environment information of the vehicle for each time t.

そして、運転操作予測手段によって、取得手段によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報と、時刻t−1の車両の運動状態とに基づいて、時刻tの車両のドライバの運転操作量を予測する。   Then, the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t based on the external environment information of the vehicle at time t-1 acquired by the acquisition unit and the motion state of the vehicle at time t-1 by the driving operation prediction unit. Predict.

そして、車両挙動予測手段によって、運転操作予測手段によって予測された時刻tのドライバの運転操作量と、時刻t−1の車両の運動状態とに基づいて、時刻tの車両の位置情報及び車両の運動状態を予測する。   Then, based on the driving operation amount of the driver at the time t predicted by the driving operation prediction unit and the motion state of the vehicle at the time t−1, the vehicle behavior prediction unit and the vehicle position information and the vehicle Predict movement status.

そして、運転操作車両状態推定手段によって、取得手段によって取得された時刻tの車両の位置情報と、車両挙動予測手段によって予測された時刻tの車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける車両の運動状態を推定する。   Then, based on the position information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the position information of the vehicle at time t predicted by the vehicle behavior prediction means by the driving operation vehicle state estimation means, the vehicle at time t Estimate the state of movement.

また、運転操作予測手段は、取得手段によって取得された時刻tの車両の外部環境情報と、運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の車両のドライバの運転操作量を予測する。   Further, the driving operation predicting means is based on the external environment information of the vehicle at the time t acquired by the acquiring means and the motion state of the vehicle at the time t estimated by the driving operation vehicle state estimating means. Predict the amount of driver operation.

また、車両挙動予測手段は、運転操作予測手段によって予測された時刻t+1のドライバの運転操作量と、運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の車両の位置情報及び車両の運動状態を予測する。   Further, the vehicle behavior predicting means is based on the driving operation amount of the driver at time t + 1 predicted by the driving operation predicting means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimating means. Vehicle position information and vehicle motion state are predicted.

このように、車両の外部環境情報と、車両の位置情報とに基づいて、車両の位置情報及び運動状態を精度よく予測することができる。   Thus, based on the external environment information of the vehicle and the position information of the vehicle, the position information and the motion state of the vehicle can be accurately predicted.

本発明に係る、前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態の確率分布に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量の確率分布を予測し、前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量の確率分布と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態の確率分布とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報の確率分布及び前記車両の運動状態の確率分布を予測し、前記運転操作車両状態推定手段は、前記取得手段によって取得された時刻t+1の車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻t+1の前記車両の位置情報の確率分布とに基づいて、時刻t+1における前記車両の運動状態の確率分布を推定するようにすることができる。   According to the present invention, the driving operation prediction means includes the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. Based on the probability distribution, the probability distribution of the driving operation amount of the driver of the vehicle at the time t + 1 is predicted, and the vehicle behavior prediction unit is configured to determine the driving operation amount of the driver at the time t + 1 predicted by the driving operation prediction unit. Based on the probability distribution and the probability distribution of the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means, the probability distribution of the position information of the vehicle at time t + 1 and the probability of motion state of the vehicle The driving operation vehicle state estimating means predicts the distribution, and the vehicle position information obtained at the time t + 1 acquired by the acquiring means and the vehicle behavior predicting means. Based on the probability distribution of the location information of the vehicle of the expected time t + 1, the probability distribution of the motion state of the vehicle at time t + 1 can be made to estimate.

また、本発明は、前記外部環境情報に基づいて、予め定められた複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出し、前記算出された上限速度のうちの何れかを目標速度として選択する目標速度選択手段を更に含み、前記運転操作予測手段は、前記目標速度選択手段によって選択された前記目標速度と、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、前記時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測するようにすることができる。   In the present invention, an upper limit speed that satisfies each of a plurality of predetermined speed constraint conditions is calculated based on the external environment information, and any one of the calculated upper limit speeds is selected as a target speed. The driving operation prediction unit further includes a target speed selection unit, and the driving operation prediction unit includes the target speed selected by the target speed selection unit, the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition unit, and the driving operation. Based on the motion state of the vehicle at time t estimated by the vehicle state estimation means, the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 can be predicted.

また、本発明は、各時刻tについて、前記車両の走路上の目標位置を決定する目標位置決定手段を更に含み、前記取得手段は、前記車両の外部環境情報として、前記車両が走行する走路における定常走行速度と、前記車両が走行する走路の曲率と、前記車両の前方を走行する車両との距離を示す前方車両情報とを、各時刻tについて取得し、前記目標速度選択手段は、前記定常走行速度を、定常走行に関する速度制約条件を満たす上限速度として算出し、前記走路の曲率に基づいて、カーブ走行に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記前方車両情報に基づいて、前方車両追従に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記目標位置決定手段によって決定された走路上の目標位置に基づいて、前後位置制御に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記算出された上限速度のうちの何れかを目標速度として選択するようにすることができる。   In addition, the present invention further includes target position determination means for determining a target position on the travel path of the vehicle for each time t, and the acquisition means is a travel path on which the vehicle travels as external environment information of the vehicle. A steady traveling speed, a curvature of a traveling path on which the vehicle travels, and forward vehicle information indicating a distance from a vehicle traveling in front of the vehicle are acquired at each time t, and the target speed selecting means A traveling speed is calculated as an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding steady traveling, an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding curve traveling is calculated based on the curvature of the traveling road, and a forward vehicle is calculated based on the preceding vehicle information. An upper limit speed that satisfies a speed constraint condition for tracking is calculated, and a speed for front-rear position control is calculated based on the target position on the track determined by the target position determining means. Calculated approximately satisfy the upper limit speed, any of the calculated maximum speed may be adapted to select as the target speed.

また、本発明における前記取得手段は、前記車両の外部環境情報として、更に、前記車両の走路上の信号情報と、前記車両の目的地とを、各時刻tについて取得し、前記目標位置決定手段は、前記信号情報に基づいて、信号停止に関する予め定められた位置制約条件を満たす車両位置を算出し、前記車両の目的地に基づいて求められた経路情報に基づいて、経路に関する位置制約条件を満たす車両位置を算出し、前記算出された車両位置のうちの何れかを選択し、選択した位置を目標位置として決定するようにすることができる。   The acquisition means according to the present invention further acquires signal information on the road of the vehicle and a destination of the vehicle for each time t as the external environment information of the vehicle, and the target position determination means. Calculates a vehicle position that satisfies a predetermined position constraint condition regarding signal stop based on the signal information, and sets a position constraint condition regarding the route based on the route information obtained based on the destination of the vehicle. It is possible to calculate a vehicle position to be satisfied, select one of the calculated vehicle positions, and determine the selected position as a target position.

また、本発明における前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態及び前記車両のドライバの運転操作量に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、前記運転操作車両状態推定手段は、前記取得手段によって取得された時刻t+1の車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻t+1の前記車両の位置情報とに基づいて、時刻t+1における前記車両の運動状態及び前記車両のドライバの運転操作量を推定するようにすることができる。   Further, the driving operation prediction means in the present invention includes the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means, the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means, and Based on the driving operation amount of the driver of the vehicle, the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 is predicted, and the driving operation vehicle state estimation means obtains the position information of the vehicle at time t + 1 acquired by the acquisition means. And the position of the vehicle at time t + 1 predicted by the vehicle behavior predicting means, the motion state of the vehicle at time t + 1 and the driving operation amount of the driver of the vehicle can be estimated. .

また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供することも可能である。   The program of the present invention can also be provided by being stored in a storage medium.

以上説明したように、本発明の速度予測装置及びプログラムによれば、取得された時刻tの車両の位置情報と、予測された時刻tの車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける車両の運動状態を推定し、時刻tの車両の外部環境情報と、推定された時刻tの車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の車両のドライバの運転操作量を予測し、予測された時刻t+1のドライバの運転操作量と、推定された時刻tの車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の車両の位置情報及び運動状態を予測することにより、車両の外部環境情報と、車両の位置情報とに基づいて、車両の位置情報及び運動状態を精度よく予測することができる、という効果が得られる。   As described above, according to the speed prediction apparatus and program of the present invention, based on the acquired vehicle position information at time t and the vehicle position information predicted at time t, The movement state is estimated, and the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 is predicted based on the external environment information of the vehicle at time t and the estimated movement state of the vehicle at time t. Based on the driving amount of the driver and the estimated motion state of the vehicle at time t, by predicting the vehicle position information and motion state at time t + 1, the external environment information of the vehicle, the vehicle position information, Based on the above, it is possible to accurately predict the position information and the motion state of the vehicle.

本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a vehicle behavior prediction apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る状態空間モデルを示す図である。It is a figure which shows the state space model which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における予測処理の概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the prediction process in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置におけるフィルタリング処理の概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the filtering process in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置の運転操作予測部26の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the driving operation prediction part 26 of the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置の車両挙動予測部28の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the vehicle behavior prediction part 28 of the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における車両挙動予測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the vehicle behavior prediction process routine in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における予測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the prediction process routine in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における運転操作予測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the driving operation prediction process routine in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における車両予測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the vehicle prediction process routine in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置における運転操作車両状態推定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the driving operation vehicle state estimation process routine in the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る車両挙動予測装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る車両挙動予測装置の運転操作予測部226の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the driving operation prediction part 226 of the vehicle behavior prediction apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。車両の位置情報と、車両の外部環境情報とに基づいて、運転操作量及び運動状態を推定し、車両の挙動を予測する車両挙動予測装置に本発明を適用した場合を例に説明する。なお、本実施の形態では、予測対象車両を自車両とし、運転操作量及び運動状態を推定し、車両の挙動を予測するために、拡張カルマンフィルタを用いた場合を例に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. An example will be described in which the present invention is applied to a vehicle behavior prediction apparatus that estimates a driving operation amount and a motion state based on vehicle position information and vehicle external environment information and predicts the behavior of the vehicle. In the present embodiment, an example will be described in which an extended Kalman filter is used to estimate the driving operation amount and the motion state and predict the behavior of the vehicle, assuming that the prediction target vehicle is the own vehicle.

図1に示すように、第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置10は、ドライバが目的地を入力するための入力操作部12と、地図情報(道路ネットワークデータ)、及び道路情報を記憶した道路ネットワークデータベース14と、予測対象車両の前方を走行する前方車両を検出する前方車情報取得部16と、予測対象車両の位置を計測する位置計測部18と、車両の挙動を予測するコンピュータ20と、予測結果を出力する出力装置40とを備えている。   As shown in FIG. 1, the vehicle behavior prediction apparatus 10 according to the first embodiment stores an input operation unit 12 for a driver to input a destination, map information (road network data), and road information. The road network database 14, the forward vehicle information acquisition unit 16 that detects a forward vehicle traveling ahead of the prediction target vehicle, the position measurement unit 18 that measures the position of the prediction target vehicle, and the computer 20 that predicts the behavior of the vehicle. And an output device 40 that outputs the prediction result.

道路ネットワークデータベース14には、地図情報、及び道路情報が記憶されている。道路情報には、走路速度情報及び走路曲率情報が含まれている。走路速度情報には、当該走路における定常走行速度に関する情報が含まれている。定常走行速度は、当該走路における過去の走行データ及び制限速度等から算出される。また、走路曲率情報には、当該走路の曲率に関する情報が含まれている。   The road network database 14 stores map information and road information. The road information includes road speed information and road curvature information. The travel speed information includes information on the steady travel speed on the travel path. The steady travel speed is calculated from past travel data and a speed limit on the travel path. The track curvature information includes information related to the curvature of the track.

前方車情報取得部16は、例えばレーザレーダ装置が該当し、予測対象車両に対する前方車両までの走行方向の相対距離を計測し、相対距離と前方車との相対速度とを前方車両情報として各時刻tについて取得する。なお、相対速度は、相対距離を時間微分することにより得られる。   The forward vehicle information acquisition unit 16 corresponds to, for example, a laser radar device, measures the relative distance in the traveling direction to the forward vehicle with respect to the prediction target vehicle, and uses the relative distance and the relative speed of the forward vehicle as the forward vehicle information at each time. Get for t. The relative speed is obtained by differentiating the relative distance with respect to time.

位置計測部18は、例えば、GPSセンサを用いて構成され、予測対象車両の位置を各時刻tについて計測する。   The position measurement unit 18 is configured using, for example, a GPS sensor, and measures the position of the prediction target vehicle at each time t.

コンピュータ20は、CPUと、RAMと、後述する車両挙動予測処理ルーチン、予測処理ルーチン、運転操作予測処理ルーチン、車両予測処理ルーチン、及び運転操作車両状態推定処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したROMとを備え、機能的には次に示すように構成されている。コンピュータ20は、入力操作部12により入力された目的地情報を取得すると共に、道路ネットワークデータベース14から得られる地図情報及び道路情報、並びに前方車情報取得部16によって検出された前方車両情報を、車両の外部環境情報として取得する車両情報取得部22と、取得した外部環境情報に基づいて、ドライバの運転操作量、車両の位置情報及び運動状態を予測する予測部24と、位置計測部18によって計測された車両の位置情報を取得する位置情報取得部30と、位置情報取得部30によって取得された位置情報と、予測部24によって予測された予測結果とに基づいて、ドライバの運転操作量、及び車両の運動状態を推定する運転操作車両状態推定部32とを備えている。なお、予測部24で行う処理が拡張カルマンフィルタにおける予測ステップに対応し、運転操作車両状態推定部32で行う処理が拡張カルマンフィルタにおけるフィルタリングステップに対応する。また、車両情報取得部22、及び位置情報取得部30は、取得手段の一例である。   The computer 20 stores a CPU, a RAM, and a program for executing a vehicle behavior prediction processing routine, a prediction processing routine, a driving operation prediction processing routine, a vehicle prediction processing routine, and a driving operation vehicle state estimation processing routine, which will be described later. A ROM is provided and is functionally configured as follows. The computer 20 acquires the destination information input by the input operation unit 12, maps the map information and road information obtained from the road network database 14, and forward vehicle information detected by the forward vehicle information acquisition unit 16, Measured by the vehicle information acquisition unit 22 acquired as the external environment information of the vehicle, the prediction unit 24 that predicts the driving operation amount of the driver, the vehicle position information, and the motion state based on the acquired external environment information, and the position measurement unit 18 Based on the positional information acquisition unit 30 that acquires the positional information of the vehicle that has been performed, the positional information acquired by the positional information acquisition unit 30, and the prediction result predicted by the prediction unit 24, and And a driving operation vehicle state estimating unit 32 for estimating the motion state of the vehicle. The process performed by the prediction unit 24 corresponds to the prediction step in the extended Kalman filter, and the process performed by the driving operation vehicle state estimation unit 32 corresponds to the filtering step in the extended Kalman filter. The vehicle information acquisition unit 22 and the position information acquisition unit 30 are examples of acquisition means.

車両情報取得部22は、車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する。
具体的には、車両情報取得部22は、車両の挙動を予測するときに、前方車情報取得部16によって取得された前方車両情報と、道路ネットワークデータベース14から得られる当該位置における地図情報及び道路情報とを逐次取得して、車両の外部環境情報として蓄積する。また、車両情報取得部22は、入力操作部12により受け付けた目的地情報を各時刻tについて取得する。
The vehicle information acquisition unit 22 acquires the external environment information of the vehicle for each time t.
Specifically, when the vehicle information acquisition unit 22 predicts the behavior of the vehicle, the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 16 ahead, the map information and the road at the position obtained from the road network database 14 Information is sequentially acquired and accumulated as external environment information of the vehicle. Further, the vehicle information acquisition unit 22 acquires the destination information received by the input operation unit 12 for each time t.

本実施の形態では、拡張カルマンフィルタを用いて、ドライバの運転操作量、車両の位置情報及び運動状態を予測し、ドライバの運転操作量及び運動状態を推定する。以下、拡張カルマンフィルタの原理について説明する。   In the present embodiment, the driver's driving operation amount, the vehicle position information and the motion state are predicted using the extended Kalman filter, and the driver's driving operation amount and the motion state are estimated. Hereinafter, the principle of the extended Kalman filter will be described.

本実施の形態では、車両の位置[x,y]と、車両の向きθと、車両の速度vと、車両の加速度αと、車両の曲率δとを、以下の式(1)に示すように状態ベクトルX=[xθαδ]として構成する。また、以下の式(2)に示すように、位置計測部18によって計測された車両の位置情報を観測ベクトルY=[x ]として構成する。 In the present embodiment, the vehicle position [x t , y t ], the vehicle orientation θ t , the vehicle speed v t , the vehicle acceleration α t, and the vehicle curvature δ t are expressed by the following equations: As shown in (1), a state vector X t = [x t y t θ t v t α t δ t ] is constructed. Further, as shown in the following formula (2), the position information of the vehicle measured by the position measuring unit 18 is configured as an observation vector Y t = [x t * y t * ].

(1)予測ステップ
まず、予測ステップにおける処理の概要について説明する。予測ステップでは、以下の式(3)に示すように、時刻t−1の状態ベクトルXt−1と、システム雑音u(誤差項)とに基づいて、時刻tの状態ベクトルXを算出する。以下の式(3)におけるfは非線形関数であり、本実施の形態では、図2に示すように、ドライバモデルと車両物理モデルとで表現される。図2のドライバモデルが運転操作予測部26に対応し、車両物理モデルが車両挙動予測部28に対応する。
(1) Prediction Step First, an outline of processing in the prediction step will be described. In the prediction step, the state vector X t at time t is calculated based on the state vector X t−1 at time t−1 and the system noise u t (error term) as shown in the following equation (3). To do. In the following equation (3), ft is a nonlinear function, and in the present embodiment, it is expressed by a driver model and a vehicle physical model as shown in FIG. The driver model in FIG. 2 corresponds to the driving operation prediction unit 26, and the vehicle physical model corresponds to the vehicle behavior prediction unit 28.

また、観測ベクトルYは、観測行列Hと観測雑音w(誤差項)とに基づいて、以下の式(4)に示すように算出される。なお、観測行列Hは予め求められている。 The observation vector Y t is calculated as shown in the following equation (4) based on the observation matrix H t and the observation noise w t (error term). Note that the observation matrix H t is obtained in advance.

図3に、予測ステップの概念図を示す。図3に示すように、予測ステップでは、フィルタリングステップで推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1|t−1に基づいて、時刻tの状態ベクトルXt|t−1を予測する(中心値の予測)。なお、Xt|t−1は、時刻t−1までに利用可能なデータに基づき予測された時刻tの状態ベクトルを表す。また、Xt−1|t−1は、時刻t−1までに利用可能なデータに基づき推定された時刻t−1の状態ベクトルを表す。 FIG. 3 shows a conceptual diagram of the prediction step. As shown in FIG. 3, in the prediction step, the state vector X t-1 at time t-1 which is estimated by the filtering step | based on t-1, the state vector X t at time t | predicting t-1 (Predict the center value). X t | t−1 represents a state vector at time t predicted based on data available up to time t−1. X t−1 | t−1 represents a state vector at time t−1 estimated based on data available up to time t−1.

なお、以下では、添え字t|t−1が付与された値は、時刻t−1までに利用可能なデータに基づき予測された時刻tの事前推定値を表す。また、添え字t|t(又は、t−1|t−1)が付与された値は、時刻tまでに利用可能なデータに基づき推定された時刻tの事後推定値を表す。   In the following description, the value to which the subscript t | t−1 is given represents the prior estimated value of the time t predicted based on the data available up to the time t−1. Further, the value to which the subscript t | t (or t-1 | t-1) is given represents the post-estimation value at time t estimated based on the data available up to time t.

また、予測ステップでは、関数fを偏微分して得られる行列^Fと行列^Gとを、以下の式(5)〜(6)に従って算出する。 In the prediction step, a matrix ^ F t and a matrix ^ G t obtained by partial differentiation of the function f t are calculated according to the following equations (5) to (6).

ここで、「’」はベクトルの転置を表す。   Here, “′” represents transposition of the vector.

そして、上記式(5)〜(6)に従って算出した行列^Fと行列^Gとに基づいて、以下の式(7)に従って、事前誤差共分散行列Pt|t−1を算出する(分散の予測)。 Then, the equation (5) to on the basis of the calculated matrix ^ F t and the matrix ^ G t according (6), according to the following equation (7), pre-error covariance matrix P t | calculating the t-1 (Distribution prediction).

なお、上記式(7)におけるQは、システム雑音u(誤差項)の分散を表す。 In addition, Q t in the above equation (7) represents the variance of the system noise u t (error term).

すなわち、予測ステップでは、時刻tの状態ベクトルXt|t−1を中心値とし、事前誤差共分散行列Pt|t−1を分散とする確率分布を予測していることになる。 That is, in the prediction step, a probability distribution having the state vector X t | t−1 at time t as the center value and the prior error covariance matrix P t | t−1 as the variance is predicted.

(2)フィルタリングステップ
次に、フィルタリングステップについての概要を説明する。図4に、フィルタリングステップの概念図を示す。図4に示すように、フィルタリングステップでは、上記式(1)で示した時刻tの状態ベクトルXの要素である車両の位置[x,y]と、上記式(2)で示した時刻tの車両の位置情報[x ,y ](観測中心)とに基づいて、フィルタリングを行い、予測ステップで出力された時刻tの状態ベクトルXt|t−1を修正してXt|tを算出すると共に、事前誤差共分散行列Pt|t−1を修正して事後誤差共分散行列Pt|tを算出する。
(2) Filtering Step Next, an outline of the filtering step will be described. FIG. 4 shows a conceptual diagram of the filtering step. As shown in FIG. 4, in the filtering step, the vehicle position [x t , y t ], which is an element of the state vector X t at the time t shown in the equation (1), and the equation (2) Filtering is performed based on the position information [x * t , y * t ] (observation center) of the vehicle at time t, and the state vector Xt | t-1 output at the prediction step is corrected. X t | t is calculated, and the prior error covariance matrix P t | t−1 is modified to calculate the posterior error covariance matrix P t | t .

具体的には、まず、フィルタリングステップでは、予測ステップで算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1と、観測行列Hと、観測雑音w(誤差項)の分散Rとに基づいて、以下の式(8)に従って、カルマンゲインKを算出する。 Specifically, first, in the filtering step, the prior error covariance matrix P t | t−1 calculated in the prediction step, the observation matrix H t, and the variance R t of the observation noise w t (error term). Based on the following equation (8), the Kalman gain K t is calculated.

次に、算出されたカルマンゲインKと、予測ステップで算出された時刻tにおける状態ベクトルXt|t−1と、上記式(2)で示したY=[x ,y ]と、観測行列Hとに基づいて、以下の式(9)に従って、時刻tにおける状態ベクトルXt|tを推定する。 Next, the calculated Kalman gain K t , the state vector X t | t−1 calculated at the time t calculated in the prediction step, and Y t = [x * t , y * t shown in the above equation (2). ] And the observation matrix H t , the state vector X t | t at time t is estimated according to the following equation (9).

そして、予測ステップで算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1と、算出されたカルマンゲインKと、観測行列Hとに基づいて、以下の式(10)に従って、事後誤差共分散行列Pt|tを算出する。 Then, based on the prior error covariance matrix P t | t−1 calculated in the prediction step, the calculated Kalman gain K t, and the observation matrix H t , the posterior error covariance is calculated according to the following equation (10). A variance matrix P t | t is calculated.

フィルタリングステップで算出された各値(カルマンゲインK、状態ベクトルXt|t、事後誤差共分散行列Pt|t)は、次回の予測ステップにおける処理で用いられる。 Each value (Kalman gain K t , state vector X t | t , posterior error covariance matrix P t | t ) calculated in the filtering step is used in processing in the next prediction step.

予測部24は、車両情報取得部22によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報と、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の車両の運動状態の確率分布及びドライバの運転操作量の確率分布に基づいて、時刻tのドライバの運転操作量の確率分布、車両の位置情報の確率分布、及び車両の運動状態の確率分布を予測する。本実施の形態では、ドライバの運転操作量として、ステアリング操作量に基づく車両の曲率δと、アクセルペダルの操作量に基づく車両の加速度αとを予測する。また、車両の位置情報及び運動状態として、車両の位置[x,y]と、車両の向きθと、車両の速度vとを予測する。 The prediction unit 24 includes the external environment information of the vehicle at time t-1 acquired by the vehicle information acquisition unit 22, the probability distribution of the motion state of the vehicle at time t-1 estimated by the driving operation vehicle state estimation unit 32, and Based on the probability distribution of the driving operation amount of the driver, the probability distribution of the driving operation amount of the driver at time t, the probability distribution of the vehicle position information, and the probability distribution of the vehicle motion state are predicted. In the present embodiment, as the driver's driving operation amount, the vehicle curvature δ t based on the steering operation amount and the vehicle acceleration α t based on the accelerator pedal operation amount are predicted. Further, as the vehicle position information and the motion state, the vehicle position [x t , y t ], the vehicle orientation θ t, and the vehicle speed v t are predicted.

なお、本実施の形態では、車両の位置情報は0.1秒毎に取得されるものとする。また、予測部24は、車両情報取得部22によって取得された0.1秒前(時刻t−1)の車両の外部環境情報と、運転操作車両状態推定部32によって推定された0.1秒前(時刻t−1)の車両の運動状態及びドライバの運転操作量に基づいて、現時刻(時刻t)のドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態を予測する。そして、予測部24は、運転操作予測部26におけるドライバの運転操作量の予測処理と、車両挙動予測部28における車両の位置情報、及び車両の運動状態の予測処理とを30回繰り返し、3秒後までの車両の位置情報及び運動状態を予測するものとする。   In the present embodiment, vehicle position information is acquired every 0.1 second. In addition, the prediction unit 24 includes the external environment information of the vehicle 0.1 seconds before (time t−1) acquired by the vehicle information acquisition unit 22 and 0.1 seconds estimated by the driving operation vehicle state estimation unit 32. Based on the previous state of motion (time t-1) of the vehicle and the amount of driving operation of the driver, the amount of driving operation of the driver at the current time (time t), vehicle position information, and the state of motion of the vehicle are predicted. The prediction unit 24 repeats the driving operation amount prediction process of the driver in the driving operation prediction unit 26 and the vehicle position information and the motion state prediction process of the vehicle behavior prediction unit 28 30 times for 3 seconds. It is assumed that the position information and the motion state of the vehicle until later are predicted.

具体的には、予測部24は、運転操作予測部26及び車両挙動予測部28を備えている。運転操作予測部26は、車両情報取得部22によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報と、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1(車両の位置情報、運動状態、及びドライバの運転操作量)とに基づいて、時刻tのドライバの運転操作量を予測する。運転操作予測部26は、図5に示すように、運転操作受付部100と、経路生成部102と、目標位置選択部104と、横位置制御部106と、目標速度制約部108と、目標速度選択部118と、速度制御部120と、運転操作出力部122とを備えている。 Specifically, the prediction unit 24 includes a driving operation prediction unit 26 and a vehicle behavior prediction unit 28. Driving operation prediction unit 26, the vehicle information acquisition unit and the external environment information of the time t-1 of the vehicle obtained by 22, the driving operation vehicle state estimating unit time t-1 of the estimated by 32 state vector X t-1 Based on (the vehicle position information, the motion state, and the driving operation amount of the driver), the driving operation amount of the driver at time t is predicted. As shown in FIG. 5, the driving operation prediction unit 26 includes a driving operation reception unit 100, a route generation unit 102, a target position selection unit 104, a lateral position control unit 106, a target speed restriction unit 108, and a target speed. A selection unit 118, a speed control unit 120, and a driving operation output unit 122 are provided.

運転操作受付部100は、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1を受け付ける。 The driving operation reception unit 100 receives the state vector X t-1 at time t−1 estimated by the driving operation vehicle state estimation unit 32.

経路生成部102は、車両情報取得部22によって取得された目的地情報、及び地図情報と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]とに基づいて、最短経路を探索するアルゴリズムや、最短時間の経路を探索するアルゴリズムなど(例えば、A*アルゴリズム)を用いて、出発地から目的地までの最短経路を生成する。 The route generation unit 102 is an element of the destination vector and map information acquired by the vehicle information acquisition unit 22 and the state vector X t−1 of the time t−1 received by the driving operation reception unit 100 [x t -1 , y t-1 ] based on the shortest route, the shortest route from the starting point to the destination using an algorithm for searching for the shortest route (for example, A * algorithm) Is generated.

目標位置選択部104は、経路生成部102によって生成された最短経路に基づいて、各時刻tについて、車両の走路上の目標位置を決定する。例えば、目標位置選択部104は、経路生成部102によって生成された車両の目的地から求められた経路情報と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]とに基づいて、経路上における位置[xt−1,yt−1]から100m先の地点を目標位置として選択する。 The target position selection unit 104 determines a target position on the traveling path of the vehicle for each time t based on the shortest route generated by the route generation unit 102. For example, the target position selection unit 104 includes the route information obtained from the destination of the vehicle generated by the route generation unit 102 and the element of the state vector X t-1 at the time t−1 received by the driving operation reception unit 100. Based on [x t−1 , y t−1 ] that is, a point 100 m ahead from the position [x t−1 , y t−1 ] on the route is selected as the target position.

横位置制御部106は、目標位置選択部104によって選択された目標位置[x,y]と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1,vt−1,θt−1]とに基づいて、ドライバのステアリング操作量を予測する。そして、横位置制御部106は、予測されたステアリング操作量に基づいて、車両の曲率δを算出する。ステアリング操作量と曲率δとの関係は予め求められている。例えば、横位置制御部106は、前方注視モデルを用いて、ステアリング操作量を予測し、予測されたステアリング操作量に基づいて曲率δを算出する。 The lateral position control unit 106 is an element of the target position [x r , y r ] selected by the target position selection unit 104 and the state vector X t−1 at time t−1 received by the driving operation reception unit 100. Based on [x t−1 , y t−1 , v t−1 , θ t−1 ], the steering operation amount of the driver is predicted. Then, the lateral position control unit 106 calculates the curvature δ of the vehicle based on the predicted steering operation amount. The relationship between the steering operation amount and the curvature δ is obtained in advance. For example, the lateral position control unit 106 predicts the steering operation amount using the forward gaze model, and calculates the curvature δ based on the predicted steering operation amount.

目標速度制約部108は、車両情報取得部22によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報と、目標位置選択部104によって選択された目標位置[x,y]と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1とに基づいて、複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出する。複数の速度制約条件の各々は、運転操作における様々なシーンに対応する。目標速度制約部108は、前後位置制御制約部110と、定常走行制約部112と、追従制約部114と、カーブ制約部116とを備えている。 The target speed restriction unit 108 includes the external environment information of the vehicle at time t−1 acquired by the vehicle information acquisition unit 22, the target position [x r , y r ] selected by the target position selection unit 104, and the driving operation. based on the state vector X t-1 at time t-1 which received by the receiving unit 100, calculates the upper limit speed which satisfies each of the plurality of speed constraints. Each of the plurality of speed constraint conditions corresponds to various scenes in the driving operation. The target speed constraint unit 108 includes a front / rear position control constraint unit 110, a steady travel constraint unit 112, a follow-up constraint unit 114, and a curve constraint unit 116.

前後位置制御制約部110は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]と、目標位置選択部104によって選択された走路上の目標位置[x,y]とに基づいて、前後位置制御に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出する。例えば、前後位置制御制約部110は、比例制御モデルを用いて、時刻t−1の車両の位置[xt−1,yt−1]と目標位置[x,y]との差に応じて、上限速度を算出する。 The front / rear position control restriction unit 110 uses [x t−1 , y t−1 ], which are elements of the state vector X t−1 at time t−1 received by the driving operation reception unit 100, and the target position selection unit 104. Based on the selected target position [x r , y r ] on the running road, an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding front-rear position control is calculated. For example, the front / rear position control restriction unit 110 uses a proportional control model to calculate the difference between the vehicle position [x t−1 , y t−1 ] at time t−1 and the target position [x r , y r ]. Accordingly, an upper limit speed is calculated.

定常走行制約部112は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]と、車両情報取得部22によって取得された道路情報に含まれる走路速度情報に基づいて、当該走路の定常走行速度を、以下の式(11)に示す定常走行に関する速度制約条件を満たす上限速度として算出する。具体的には、定常走行制約部112は、時刻t−1の車両の位置[xt−1,yt−1]に基づいて、当該位置の走路速度情報から得られる、車両が現在走行中の走路の一般的な最高速度を表すパラメータproad(定常走行速度)を取得し、上限速度とする。proadは、当該走路での過去の走行データや制限速度等から算出される。 The steady travel restriction unit 112 is acquired by [x t−1 , y t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at the time t−1 received by the driving operation reception unit 100, and the vehicle information acquisition unit 22. Based on the traveling road speed information included in the road information, the steady traveling speed of the traveling road is calculated as an upper limit speed that satisfies the speed constraint condition regarding the steady traveling represented by the following equation (11). Specifically, the steady travel restriction unit 112 is based on the position [x t−1 , y t−1 ] of the vehicle at time t−1 and is obtained from the road speed information of the position, and the vehicle is currently traveling. A parameter p load (steady travel speed) representing the general maximum speed of the road is acquired and set as the upper limit speed. The load is calculated from past travel data, speed limit, etc. on the road.

追従制約部114は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]と、車両情報取得部22によって取得された前方車情報(前方車との相対速度)とに基づいて、以下の式(12)に示す前方車両追従に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出する。具体的には、追従制約部114は、時刻t−1の車両の速度[vt−1]と前方車との相対速度に基づいて、等速予測により、T秒先の前方車との車間距離の予測値^x(t+T)を算出する。そして、追従制約部114は、式(12)の制約条件を満たす上限速度を算出する。 The follow-up restriction unit 114 includes [v t-1 ], which is an element of the state vector X t-1 at the time t−1 received by the driving operation reception unit 100, and the forward vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 22 ( The upper limit speed that satisfies the speed constraint condition regarding the forward vehicle following shown in the following equation (12) is calculated based on the relative speed with respect to the forward vehicle. Specifically, the follow-up restriction unit 114 determines the inter-vehicle distance with the preceding vehicle T seconds ahead by constant speed prediction based on the vehicle speed [v t-1 ] at the time t−1 and the relative speed between the preceding vehicle and the preceding vehicle. A predicted distance ^ x f (t + T) is calculated. Then, the tracking restriction unit 114 calculates an upper limit speed that satisfies the restriction condition of Expression (12).

ここで、pは予め求められたパラメータであり、Lは車両の長さである。 Here, pf is a parameter obtained in advance, and L is the length of the vehicle.

カーブ制約部116は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]と、車両情報取得部22によって取得された地図情報に含まれる走路曲率情報に基づいて、以下の式(13)に示すカーブ走行に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出する。具体的には、カーブ制約部116は、時刻t−1の車両の位置[xt−1,yt−1]に基づいて、当該位置におけるT秒先の走路の曲率の絶対値の予測値|^δ(t+T)|を算出し、算出された予測値|^δ(t+T)|に基づいて、式(13)を満たす上限速度を算出する。 The curve restriction unit 116 is acquired by the vehicle information acquisition unit 22 and [x t−1 , y t−1 ] that are elements of the state vector X t−1 at the time t−1 received by the driving operation reception unit 100. Based on the road curvature information included in the map information, the upper limit speed that satisfies the speed constraint condition relating to the curve travel shown in the following equation (13) is calculated. Specifically, the curve restriction unit 116 is based on the position [x t−1 , y t−1 ] of the vehicle at time t−1, and the predicted value of the absolute value of the curvature of the runway T seconds ahead at the position. | ^ Δ (t + T) | is calculated, and an upper limit speed satisfying Expression (13) is calculated based on the calculated predicted value | ^ δ (t + T) |.

なお、pは予め求められたパラメータである。 Note that pc is a parameter obtained in advance.

目標速度選択部118は、目標速度制約部108によって算出された上限速度のうち、最も低い速度を目標速度vとして選択する。 Target speed selection unit 118 among the upper limit speed calculated by the target speed constraint unit 108, selects the lowest rate as the target speed v r.

速度制御部120は、目標速度選択部118によって選択された目標速度vと、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]とに基づいて、アクセルペダルの操作量を予測する。そして、速度制御部120は、予測されたアクセルペダルの操作量に基づいて、車両の加速度αを算出する。例えば、速度制御部120は、比例制御モデルを用いて、目標速度vと推定された時刻t−1の車両の速度vt−1との差に応じて、アクセルペダルの操作量を予測し、加速度αを算出する。 The speed control unit 120 is an element of the target speed v r selected by the target speed selection unit 118 and the state vector X t−1 of the time t−1 received by the driving operation reception unit 100 [v t−1 ]. Based on the above, the amount of operation of the accelerator pedal is predicted. Then, the speed control unit 120 calculates the acceleration α of the vehicle based on the predicted accelerator pedal operation amount. For example, the speed control unit 120 uses a proportional control model to predict the accelerator pedal operation amount according to the difference between the target speed v r and the estimated vehicle speed v t−1 at time t−1. Then, the acceleration α is calculated.

運転操作出力部122は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[αt−1,δt−1]と、横位置制御部106によって算出された曲率δと、速度制御部120によって算出された加速度αとに基づいて、時刻tにおける曲率δと加速度αとを予測する。例えば、運転操作出力部122は、時刻t−1における曲率δt−1と算出された曲率δとの差を抑制するように、時刻tにおける曲率δを予測する。同様に、運転操作出力部122は、時刻t−1における加速度αt−1と算出された加速度αとの差を抑制するように、時刻tにおける加速度αを予測する。また、運転操作出力部122は、加速度αと曲率δとを出力する。 The driving operation output unit 122 calculates [α t−1 , δ t−1 ], which are elements of the state vector X t−1 at the time t−1 received by the driving operation receiving unit 100, and the lateral position control unit 106. Based on the calculated curvature δ and the acceleration α calculated by the speed controller 120, the curvature δ t and the acceleration α t at time t are predicted. For example, the driving operation output unit 122 predicts the curvature δ t at time t so as to suppress the difference between the curvature δ t−1 at time t−1 and the calculated curvature δ. Similarly, the driving operation output unit 122 predicts the acceleration α t at time t so as to suppress the difference between the acceleration α t-1 at time t-1 and the calculated acceleration α. Further, the driving operation output unit 122 outputs the acceleration α t and the curvature δ t .

車両挙動予測部28は、運転操作出力部122によって出力された曲率δ及び加速度αと、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1とに基づいて、時刻tの車両の位置情報及び運動状態を予測する。車両挙動予測部28は、図6に示すように、車両挙動受付部280と、速度算出部282と、向き算出部284と、位置算出部286と、車両挙動出力部288とを備えている。 The vehicle behavior prediction unit 28 is based on the curvature δ t and acceleration α t output by the driving operation output unit 122 and the state vector X t-1 at time t−1 estimated by the driving operation vehicle state estimation unit 32. Thus, the position information and motion state of the vehicle at time t are predicted. As shown in FIG. 6, the vehicle behavior prediction unit 28 includes a vehicle behavior reception unit 280, a speed calculation unit 282, a direction calculation unit 284, a position calculation unit 286, and a vehicle behavior output unit 288.

車両挙動受付部280は、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1を受け付ける。 The vehicle behavior accepting unit 280 accepts the state vector X t-1 at time t−1 estimated by the driving operation vehicle state estimating unit 32.

速度算出部282は、運転操作出力部122によって出力された車両の加速度αと、車両挙動受付部280によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]とに基づいて、車両の速度vを予測する。例えば、速度算出部282は、速度算出式v=vt−1+αTに従って、車両の速度vを予測する。 The speed calculation unit 282 is an element of the vehicle acceleration α t output by the driving operation output unit 122 and the state vector X t−1 of the time t−1 received by the vehicle behavior receiving unit 280 [v t−1. ], The vehicle speed v t is predicted. For example, the speed calculation unit 282 predicts the speed v t of the vehicle according to the speed calculation formula v t = v t−1 + α t T.

向き算出部284は、運転操作出力部122によって出力された曲率δと、車両挙動受付部280によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[θt−1]と、速度算出部282によって予測された車両の速度vとに基づいて、車両の向きθを予測する。 The direction calculation unit 284 includes the curvature δ t output by the driving operation output unit 122 and [θ t-1 ] that is an element of the state vector X t-1 at the time t−1 received by the vehicle behavior receiving unit 280. Based on the vehicle speed v t predicted by the speed calculation unit 282, the vehicle orientation θ t is predicted.

位置算出部286は、速度算出部282によって予測された車両の速度vと、向き算出部284によって予測された車両の向きθと、車両挙動受付部280によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]とに基づいて、車両の位置[x,y]を予測する。 The position calculation unit 286 includes the vehicle speed v t predicted by the speed calculation unit 282, the vehicle direction θ t predicted by the direction calculation unit 284, and the state at the time t−1 received by the vehicle behavior reception unit 280. The position [x t , y t ] of the vehicle is predicted based on [x t−1 , y t−1 ] which is an element of the vector X t−1 .

車両挙動出力部288は、速度算出部282よって予測された車両の速度vと、向き算出部284によって予測された車両の向きθと、位置算出部286によって予測された車両の位置[x,y]とを、車両の位置情報及び運動状態として出力する。 The vehicle behavior output unit 288 includes the vehicle speed v t predicted by the speed calculation unit 282, the vehicle direction θ t predicted by the direction calculation unit 284, and the vehicle position predicted by the position calculation unit 286 [x t 1 , y t ] are output as vehicle position information and motion state.

また、車両挙動予測部28は、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の車両の位置情報、運動状態、及びドライバの運転操作量からなる状態ベクトルXt−1に基づいて、上記式(5)〜(7)に従って、事前誤差共分散行列Pt|t−1を算出する。 In addition, the vehicle behavior prediction unit 28 is based on a state vector X t−1 that includes the vehicle position information, the motion state, and the driving operation amount of the driver at time t−1 estimated by the driving operation vehicle state estimation unit 32. The prior error covariance matrix P t | t−1 is calculated according to the above equations (5) to (7).

位置情報取得部30は、位置計測部18によって計測された車両の位置情報を逐次取得する。   The position information acquisition unit 30 sequentially acquires vehicle position information measured by the position measurement unit 18.

運転操作車両状態推定部32は、位置情報取得部30によって取得された時刻tの車両の位置情報と、車両挙動出力部288によって出力された時刻tの車両の位置情報の確率分布とに基づいて、時刻tにおける車両の運動状態の確率分布及び車両のドライバの運転操作量の確率分布を推定する。
具体的には、運転操作車両状態推定部32は、位置情報取得部30によって取得された時刻tの車両の位置情報[x ,y ]と、車両挙動出力部288によって出力された時刻tの車両の位置情報[x,y]と、車両挙動予測部28によって算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1とに基づいて、上記式(11)〜(12)に従って、車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量(状態ベクトルXt|t)を推定する。また、運転操作車両状態推定部32は、車両挙動予測部28によって算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1に基づいて、上記式(13)に従って、事後誤差共分散行列Pt|tを算出する。
The driving operation vehicle state estimation unit 32 is based on the position information of the vehicle at time t acquired by the position information acquisition unit 30 and the probability distribution of the position information of the vehicle at time t output by the vehicle behavior output unit 288. The probability distribution of the motion state of the vehicle at time t and the probability distribution of the driving operation amount of the driver of the vehicle are estimated.
Specifically, the driving operation vehicle state estimation unit 32 outputs the vehicle position information [x * t , y * t ] at time t acquired by the position information acquisition unit 30 and the vehicle behavior output unit 288. Based on the position information [x t , y t ] of the vehicle at time t and the prior error covariance matrix P t | t−1 calculated by the vehicle behavior prediction unit 28, the above equations (11) to (12) Thus, the motion state of the vehicle and the driving operation amount of the vehicle driver (state vector X t | t ) are estimated. Further, the driving operation vehicle state estimation unit 32, based on the prior error covariance matrix P t | t−1 calculated by the vehicle behavior prediction unit 28, according to the above equation (13), the posterior error covariance matrix P t | t is calculated.

出力装置40は、予測部24によって出力された、時刻tの状態ベクトルX=[xθαδ]を出力する。 The output device 40 outputs the state vector X t = [x t y t θ t v t α t δ t ] output by the prediction unit 24.

<車両挙動予測装置10の動作>
次に、第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置10の動作について説明する。なお、以下の説明では、次の時刻(時刻t)のドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態を予測した後、運転操作予測部26におけるドライバの運転操作量の予測処理と、車両挙動予測部28における車両の位置情報、及び車両の運動状態の予測処理とを更にS−1回(Sは例えば30)繰り返し、3秒後までの車両の位置情報及び車両の運動状態を予測するものとする。また、3秒後までの繰り返し処理内で予測された状態ベクトルは、Xt+s=[xt+s,yt+s,θt+s,vt+s,αt+s,δt+s]と表記する。
<Operation of Vehicle Behavior Prediction Device 10>
Next, operation | movement of the vehicle behavior prediction apparatus 10 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. In the following description, the driving operation amount of the driver at the next time (time t), the position information of the vehicle, and the motion state of the vehicle are predicted, and then the driving operation amount prediction process of the driver in the driving operation prediction unit 26 is performed. And the vehicle position information and the vehicle motion state prediction process in the vehicle behavior prediction unit 28 are further repeated S-1 times (S is, for example, 30), and the vehicle position information and the vehicle motion state after 3 seconds. Is to be predicted. In addition, the state vector predicted in the repeated processing up to 3 seconds later is expressed as X t + s = [x t + s , y t + s , θ t + s , v t + s , α t + s , δ t + s ].

まず、予測対象車両のドライバの運転操作により車両が走行し、位置計測部18によって車両の位置情報が逐次計測されているときに、入力操作部12により目的地情報が入力されると、コンピュータ20において、図7に示す車両挙動予測処理ルーチンが実行される。   First, when destination information is input by the input operation unit 12 when the vehicle travels by the driving operation of the driver of the prediction target vehicle and the position information of the vehicle is sequentially measured by the position measurement unit 18, the computer 20 In FIG. 7, the vehicle behavior prediction processing routine shown in FIG. 7 is executed.

ステップS100において、車両情報取得部22によって、入力操作部12により入力された目的地情報を受け付ける。   In step S <b> 100, the destination information input by the input operation unit 12 is received by the vehicle information acquisition unit 22.

ステップS102において、位置情報取得部30によって、位置計測部18によって計測された車両の位置情報を受け付ける。   In step S <b> 102, the position information acquisition unit 30 receives the vehicle position information measured by the position measurement unit 18.

ステップS104において、上記ステップS102で受け付けた車両の位置情報に基づいて、状態ベクトルX、事後誤差共分散行列Pt|t、システム雑音u(誤差項)の分散Q、及び観測雑音w(誤差項)の分散Rの初期状態(t=0)を設定すると共に、tに0を代入する。そして、ステップS105において、時刻tを1だけインクリメントする。 In step S104, based on the vehicle position information received in step S102, the state vector X t , the posterior error covariance matrix P t | t , the variance Q t of the system noise u t (error term), and the observation noise w The initial state (t = 0) of the variance R t of t (error term) is set, and 0 is substituted for t. In step S105, the time t is incremented by one.

ステップS106において、運転操作受付部100によって、上記ステップS104で設定され、又は前回のステップS114で推定された時刻t−1の状態ベクトルXt−1を受け付ける。 In step S106, the driving operation receiving unit 100, is set in the step S104, or accepts the state vector X t-1 at time t-1 which is estimated in the previous step S114.

ステップS108において、予測部24によって、上記ステップS100で取得された目的地情報と、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の車両の位置情報、車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量(状態ベクトルXt−1)とに基づいて、時刻tのドライバの運転操作量、車両の位置情報及び車両の運動状態(状態ベクトルX)を予測する。ステップ108は、図8に示す予測処理ルーチンによって実現される。 In step S108, the destination information acquired in step S100 by the prediction unit 24, the position information of the vehicle at time t-1 received in step S106, the motion state of the vehicle, and the driving operation amount of the driver of the vehicle ( Based on the state vector X t-1 ), the driving operation amount of the driver at time t, vehicle position information, and the vehicle motion state (state vector X t ) are predicted. Step 108 is realized by the prediction processing routine shown in FIG.

<予測処理ルーチン>
まず、ステップS200において、繰り返し回数sに0を代入する。
<Prediction processing routine>
First, in step S200, 0 is substituted for the number of repetitions s.

次に、ステップS202において、運転操作予測部26によって、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1、又は前回のステップS202及び前回のステップS204で予測されたドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態Xt+s−1に基づいて、ドライバの運転操作を予測する。ステップ202は、図9に示す運転操作予測処理ルーチンによって実現される。 Next, in step S202, the driving operation prediction unit 26 determines the state vector X t-1 at time t-1 received in step S106 or the driving operation of the driver predicted in the previous step S202 and the previous step S204. The driving operation of the driver is predicted based on the amount, the vehicle position information, and the vehicle motion state Xt + s-1 . Step 202 is realized by the driving operation prediction processing routine shown in FIG.

<運転操作予測処理ルーチン>
運転操作予測処理ルーチンでは、上記予測処理ルーチンにおける繰り返し回数sが0である場合には、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1に基づいて以下のステップS302〜ステップS316の各処理を行う。一方、上記予測処理ルーチンにおける繰り返し回数sが0でない場合には、予測処理ルーチンにおける前回のステップS202及び前回のステップS204で予測されたドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態Xt+s−1に基づいて以下のステップS302〜ステップS316の各処理を行う。
<Driving operation prediction processing routine>
The driving operation prediction processing routine, when the repeat count s in the prediction processing routine is zero, the time t-1 of the state vector X t-1 the following steps S302~ step S316 based on the received in step S104 Each process is performed. On the other hand, when the number of repetitions s in the prediction processing routine is not 0, the driving operation amount of the driver, the vehicle position information, and the vehicle motion state predicted in the previous step S202 and the previous step S204 in the prediction processing routine. The following steps S302 to S316 are performed based on Xt + s-1 .

まず、ステップS300において、車両情報取得部22によって、時刻t−1の車両の外部環境情報を取得する。   First, in step S300, the vehicle information acquisition unit 22 acquires the external environment information of the vehicle at time t-1.

ステップS302において、経路生成部102によって、上記ステップS100で受け付けた目的地情報と、上記ステップS300で受け付けた外部環境情報と、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]とに基づいて、出発地から目的地までの最短経路を生成する。 In step S302, the destination information received in step S100, the external environment information received in step S300, and the state vector X t-1 of time t-1 received in step S104 are received by the route generation unit 102. Based on the element [x t−1 , y t−1 ] or [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204, the destination Generate the shortest route to the ground.

ステップS304において、目標位置選択部104によって、上記ステップS302で生成された経路情報と、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]とに基づいて、経路上における目標位置[x,y]を選択する。 In step S304, the target position selection unit 104 generates the path information generated in step S302 and the element of the state vector X t-1 at time t-1 received in step S104 [x t−1 , y t−1 ] or [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204, and selects the target position [x r , y r ] on the route. To do.

ステップS306において、横位置制御部106によって、上記ステップS304で選択された目標位置[x,y]と、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1,vt−1,θt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1,vt+s−1,θt+s−1]とに基づいて、ドライバのステアリング操作量を予測する。そして、予測されたステアリング操作量に基づいて、車両の曲率δを算出する。 In step S306, the target position [x r , y r ] selected in step S304 by the lateral position control unit 106 and the elements of the state vector X t-1 at time t−1 received in step S104. [X t−1 , y t−1 , v t−1 , θ t−1 ] or [x t + s−1 , y t + s−1 , v t + s predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S <b> 204. −1 , θ t + s−1 ], the driver's steering operation amount is predicted. Then, the curvature δ of the vehicle is calculated based on the predicted steering operation amount.

ステップS308において、複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出する。
本ステップでは、まず、前後位置制御制約部110によって、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]と、上記ステップS304で選択された目標位置[x,y]とに基づいて、上限速度を算出する。
次に、定常走行制約部112によって、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]と、上記ステップS300で受け付けた外部環境情報に含まれる走路速度情報に基づいて、当該走路の定常走行速度を、上記式(8)に示す速度制約条件の上限速度として算出する
また、追従制約部114によって、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[vt+s−1]と、上記ステップS300で受け付けた外部環境情報に含まれる前方車情報(前方車との相対速度)とに基づいて、上記式(9)に示す速度制約条件の上限速度を算出する。
そして、カーブ制約部116によって、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]と、上記ステップS300で受け付けた外部環境情報の地図情報に含まれる走路曲率情報に基づいて、上記式(10)に示す速度制約条件の上限速度を算出する。
In step S308, an upper limit speed that satisfies each of the plurality of speed constraint conditions is calculated.
In this step, first, the forward / backward position control restriction unit 110 uses [x t−1 , y t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at time t−1 received in step S104, or the previous time. The upper limit speed is calculated based on [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in step S204 and the target position [x r , y r ] selected in step S304. To do.
Next, [x t−1 , y t−1 ] which is an element of the state vector X t−1 at the time t−1 received in the above step S104 by the steady travel restriction unit 112 or the vehicle in the previous step S204. Based on [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the behavior prediction unit 28 and the road speed information included in the external environment information received in step S300, the steady road speed of the road is expressed by the above equation. (V) is calculated as the upper limit speed of the speed constraint condition shown in (8). [V t-1 ], which is an element of the state vector X t-1 at the time t-1 received by the tracking constraint unit 114 in step S104. or predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204 and [v t + s-1] , the front included in the external environment information received in step S300 Based on the information (the relative speed to the preceding vehicle), and calculates the maximum speed of the speed constraints shown in equation (9).
Then, [x t−1 , y t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at time t−1 received in step S104, or the vehicle behavior prediction in the previous step S204 by the curve restriction unit 116. Based on [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the unit 28 and the road curvature information included in the map information of the external environment information received in step S300, the speed constraint expressed by the above equation (10). The upper limit speed of the condition is calculated.

ステップS310において、目標速度選択部118によって、上記ステップS308で算出された上限速度のうち、最も低い速度を目標速度vとして選択する。 In step S310, the by the target speed selector 118, among the upper limit speed calculated in step S308, selects the lowest rate as the target speed v r.

ステップS312において、速度制御部120によって、上記ステップS310で選択された目標速度vと、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[vt+s−1]とに基づいて、アクセルペダルの操作量を予測する。そして、予測されたアクセルペダルの操作量に基づいて、車両の加速度αを算出する。 In step S312, the the speed control unit 120, and the target speed v r that is selected in step S310, the a state vector X t-1 element of the time t-1 that has been received in step S104 [v t-1] Alternatively, the accelerator pedal operation amount is predicted based on [v t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204. Then, the vehicle acceleration α is calculated based on the predicted accelerator pedal operation amount.

ステップS314において、運転操作出力部122によって、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[αt−1,δt−1]、又は前回のステップS202で運転操作予測部26によって予測された[αt+s−1,δt+s−1]と、上記ステップS306で算出された曲率δと、上記ステップS312で算出された加速度αとに基づいて、時刻t+sにおける曲率δt+sと加速度αt+sと(s=0の場合は、曲率δ、及び加速度α)を予測する。 In step S314, [α t−1 , δ t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at time t−1 received in step S104, by the driving operation output unit 122, or in the previous step S202. Based on [α t + s−1 , δ t + s−1 ] predicted by the driving operation prediction unit 26, the curvature δ calculated in step S 306, and the acceleration α calculated in step S 312, at time t + s. The curvature δ t + s and the acceleration α t + s (when s = 0, the curvature δ t and the acceleration α t ) are predicted.

ステップS316において、上記ステップS314で予測された時刻t+sにおける曲率δt+sと加速度αt+sと(s=0の場合は、曲率δ、及び加速度α)を、運転操作の中心値として出力して運転操作予測処理ルーチンを終了する。 In step S316, the curvature δ t + s and the acceleration α t + s and the acceleration α t + s (when s = 0, the curvature δ t and the acceleration α t ) predicted in step S314 are output as the center value of the driving operation. The driving operation prediction processing routine is terminated.

次に、予測処理ルーチンに戻り、ステップS204において、車両挙動予測部28によって、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1、又は前回のステップS202及び前回のステップS204で予測されたドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態Xt+s−1に基づいて、時刻t(又は時刻t+s)の車両の位置情報及び車両の運動状態を予測する。ステップ204は、図10に示す車両予測処理ルーチンによって実現される。 Next, returning to the prediction processing routine, in step S204, the vehicle behavior prediction unit 28 predicts the state vector X t-1 at time t-1 received in step S106, or the previous step S202 and the previous step S204. Based on the driving operation amount of the driver, the vehicle position information, and the vehicle motion state X t + s−1 , the vehicle position information and the vehicle motion state at time t (or time t + s) are predicted. Step 204 is realized by the vehicle prediction processing routine shown in FIG.

<車両予測処理ルーチン>
車両予測処理ルーチンでは、上記予測処理ルーチンにおける繰り返し回数sが0である場合には、上記ステップS104で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1に基づいて以下のステップS400〜ステップS404の各処理を行い、上記予測処理ルーチンにおける繰り返し回数sが0でない場合には、予測処理ルーチンにおける前回のステップS202及び前回のステップS204で予測されたドライバの運転操作量、車両の位置情報、及び車両の運動状態Xt+s−1に基づいて以下のステップS400〜ステップS404の各処理を行う。
<Vehicle prediction processing routine>
The predicted vehicle processing routine, when the repeat count s in the prediction processing routine is zero, the time t-1 that has been received in step S104 state vectors X t-1 Based on the following steps S400~ step S404 When each processing is performed and the number of repetitions s in the prediction processing routine is not 0, the driving operation amount of the driver, the vehicle position information, and the vehicle predicted in the previous step S202 and the previous step S204 in the prediction processing routine Each of the following steps S400 to S404 is performed based on the exercise state Xt + s-1 .

まず、ステップS400において、速度算出部282によって、上記ステップS202で出力された車両の加速度αと、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[vt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[vt+s−1]とに基づいて、車両の速度vt+s(s=0の場合は、v)を予測する。 First, in step S400, the velocity calculation unit 282 outputs the vehicle acceleration α t output in step S202 and the element of the state vector X t−1 at time t−1 received in step S106 [v t −1 ] or [v t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204, the vehicle speed v t + s (v t when s = 0) is predicted.

次に、ステップS402において、向き算出部284によって、上記ステップS202で出力された曲率δと、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[θt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[θt+s−1]と、上記ステップS400で予測された車両の速度vとに基づいて、車両の向きθt+sを予測する。 Next, in step S402, the orientation calculation unit 284, and a curvature [delta] t which is output in step S202, an element of the state vector X t-1 at time t-1 that has been received in the step S106 [theta t- 1 ] or [θ t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204 and the vehicle speed v t predicted in the step S400, the vehicle direction θ t + s is predicted. To do.

そして、ステップS404において、位置算出部286によって、上記ステップS400で予測された車両の速度vt+sと、上記ステップS402で予測された車両の向きθt+sと、上記ステップS106で受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]、又は前回のステップS204で車両挙動予測部28によって予測された[xt+s−1,yt+s−1]とに基づいて、車両の位置[xt+s,yt+s]を予測する。 In step S404, the vehicle speed v t + s predicted in step S400, the vehicle direction θ t + s predicted in step S402, and the time t−1 received in step S106 are detected by the position calculation unit 286. [X t−1 , y t−1 ] which is an element of the state vector X t−1 of the above, or [x t + s−1 , y t + s−1 ] predicted by the vehicle behavior prediction unit 28 in the previous step S204. Based on the above, the position [x t + s , y t + s ] of the vehicle is predicted.

ステップS406において、上記ステップS400で予測された時刻tにおける車両の車速vt+sと、上記ステップS400で予測された時刻tにおける車両の向きθt+sと、上記ステップS404で予測された時刻tにおける車両の位置[xt+s、yt+s]とを、車両挙動の中心値として出力して車両予測処理ルーチンを終了する。 In step S406, the vehicle speed v t + s of the vehicle at time t predicted in step S400, the vehicle orientation θ t + s at time t predicted in step S400, and the vehicle speed at time t predicted in step S404. The position [x t + s , y t + s ] is output as the vehicle behavior center value, and the vehicle prediction processing routine is terminated.

次に、予測処理ルーチンに戻り、ステップS206において、繰り返し回数sがS−1以上であるか否かを判定する。繰り返し回数sがS−1以上である場合には、ステップS208へ進む。一方、繰り返し回数sがS−1未満の場合には、ステップS210でsを1インクリメントし、ステップS202へ戻る。   Next, returning to the prediction processing routine, in step S206, it is determined whether or not the number of repetitions s is equal to or greater than S-1. If the number of repetitions s is greater than or equal to S-1, the process proceeds to step S208. On the other hand, if the number of repetitions s is less than S-1, s is incremented by 1 in step S210, and the process returns to step S202.

ステップS208において、車両挙動予測部28によって、運転操作車両状態推定部32によって推定された時刻t−1の車両の位置情報、運動状態、及びドライバの運転操作量からなる状態ベクトルXt−1に基づいて、上記式(5)〜(7)に従って、事前誤差共分散行列Pt|t−1を算出する。 In step S208, the vehicle behavior predicting unit 28 sets the state vector X t-1 including the vehicle position information, the motion state, and the driving operation amount of the driver at time t-1 estimated by the driving operation vehicle state estimating unit 32. Based on the above equations (5) to (7), the prior error covariance matrix P t | t−1 is calculated.

ステップS210において、上記ステップS202で出力された時刻t〜t+S−1における曲率δt+s及び加速度αt+s(s=0,・・・,S−1)と、上記ステップS204で出力された時刻t〜t+S−1における車両の位置[xt+s,yt+s]、車両の向きθt+s、及び車両の速度vt+s(s=0,・・・,S−1)と、上記ステップS208で算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1を結果として出力して予測処理ルーチンを終了する。 In step S210, the curvature δ t + s and the acceleration α t + s (s = 0,..., S−1) at time t to t + S−1 output in step S202, and the time t to output from step S204. The vehicle position [x t + s , y t + s ], the vehicle orientation θ t + s , and the vehicle speed v t + s (s = 0,..., S−1) at t + S−1, and the advance calculated in step S208 above. The error covariance matrix P t | t−1 is output as a result, and the prediction processing routine is terminated.

次に、車両挙動予測処理ルーチンに戻り、ステップS110において、出力装置40によって、上記ステップS108で出力された結果を、時刻tから3秒後までの予測結果として出力する。   Next, returning to the vehicle behavior prediction processing routine, in step S110, the output device 40 outputs the result output in step S108 as a prediction result from time t to 3 seconds later.

ステップS112において、位置情報取得部30によって、時刻tの車両の位置情報を受け付ける。   In step S112, the position information acquisition unit 30 receives the position information of the vehicle at time t.

ステップS114において、運転操作車両状態推定部32によって、上記ステップS112で受け付けた時刻tの車両の位置情報[x ,y ]と、上記ステップS110で出力された時刻tの車両の位置情報[x,y]とに基づいて、車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量を推定する。ステップ114は、図11に示す運転状態車両状態推定処理ルーチンによって実現される。 In step S114, the position information [x * t , y * t ] of the vehicle at time t received in step S112 and the vehicle position at time t output in step S110 are received by the driving operation vehicle state estimation unit 32. Based on the information [x t , y t ], the motion state of the vehicle and the driving operation amount of the driver of the vehicle are estimated. Step 114 is realized by the driving state vehicle state estimation processing routine shown in FIG.

ステップS500において、上記ステップS110で出力された、時刻tにおける、曲率δ、加速度α、車両の速度v、車両の向きθ、及び車両の位置[x,y]を受け付け、時刻tにおける状態ベクトルX=[x θ α δ]として構成する。 In step S500, the curvature δ t , acceleration α t , vehicle speed v t , vehicle direction θ t , and vehicle position [x t , y t ] at time t output in step S110 are received, The state vector at time t is configured as X t = [x t y t θ t v t α t δ t ].

ステップS502において、運転操作車両状態推定部32によって、上記ステップS110で出力された事前誤差共分散行列Pt|t−1と、観測行列Hと、観測雑音w(誤差項)の分散Rとに基づいて、上記式(11)に従って、カルマンゲインKを算出する。 In Step S502, the prior error covariance matrix P t | t−1 output in Step S110, the observation matrix H t, and the variance R of the observation noise w t (error term) are output by the driving vehicle state estimation unit 32. Based on t , the Kalman gain K t is calculated according to the above equation (11).

ステップS504において、運転操作車両状態推定部32によって、上記ステップS502で算出されたカルマンゲインKと、上記ステップS500で構成した時刻tにおける状態ベクトルXと、上記ステップS112で受け付けた車両の位置Y=[x ,y ]と、観測行列Hとに基づいて、上記式(12)に従って、時刻tにおける状態ベクトル^X=[^x,^y,^θ,^v,^α,^δ]を推定する。 In step S504, the Kalman gain K t calculated in step S502, the state vector X t at time t configured in step S500, and the vehicle position received in step S112 are calculated by the driving vehicle state estimation unit 32. Based on Y t = [x * t , y * t ] and the observation matrix H t , the state vector ^ X t = [^ x t , ^ y t , ^ θ at time t according to the above equation (12) t , ^ v t , ^ α t , ^ δ t ] are estimated.

ステップS506において、運転操作車両状態推定部32によって、上記ステップS206で算出された事前誤差共分散行列Pt|t−1と、上記ステップS502で算出されたカルマンゲインKと、観測行列Hとに基づいて、事後誤差共分散行列Pt|tを算出する。 In step S506, the prior error covariance matrix P t | t−1 calculated in step S206, the Kalman gain K t calculated in step S502, and the observation matrix H t are calculated by the driving vehicle state estimation unit 32. Then, a posterior error covariance matrix P t | t is calculated.

ステップS508において、上記ステップS504で推定された時刻tにおける状態ベクトル^X=[^x,^y,^θ,^v,^α,^δ]と、上記ステップS506で算出された事後誤差共分散行列Pt|tとを結果として出力して、運転操作車両状態推定処理ルーチンを終了する。 In step S508, the state vector at time t, which is estimated in step S504 ^ X t = [^ x t, ^ y t, ^ θ t, ^ v t, ^ α t, ^ δ t] and, in step S506 As a result, the a posteriori error covariance matrix P t | t calculated in the above is output, and the driving operation vehicle state estimation processing routine is terminated.

次に、車両挙動予測処理ルーチンに戻り、ステップS105へ戻って、時刻tを1インクリメントする。   Next, the process returns to the vehicle behavior prediction process routine, and the process returns to step S105 to increment the time t by 1.

以上説明したように、第1の実施の形態に係る車両挙動予測装置によれば、取得された時刻tの車両の位置情報と、予測された時刻tの車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量を推定し、時刻tの車両の外部環境情報と、推定された時刻tの車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量とに基づいて、時刻t+1の車両のドライバの運転操作量を予測し、予測された時刻t+1のドライバの運転操作量と、推定された時刻tの車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の車両の位置情報及び運動状態を予測することにより、車両の外部環境情報と、車両の位置情報とに基づいて、車両の位置情報及び運動状態を精度よく予測することができる。   As described above, according to the vehicle behavior prediction apparatus according to the first embodiment, based on the acquired position information of the vehicle at time t and the predicted position information of the vehicle at time t. The vehicle motion state at t and the driving operation amount of the vehicle driver are estimated, and based on the external environment information of the vehicle at time t, and the estimated vehicle motion state and driving operation amount of the vehicle driver at time t. , The driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 is predicted, and the position information of the vehicle at time t + 1 is based on the predicted driving operation amount of the driver at time t + 1 and the estimated motion state of the vehicle at time t + 1. And by predicting the motion state, it is possible to accurately predict the vehicle position information and the motion state based on the external environment information of the vehicle and the vehicle position information.

また、外部環境情報と位置情報のみから、車両の位置情報及び運動状態の予測が可能となるため、従来に比べ、高い精度の予測性能が得られる。   Further, since it is possible to predict the vehicle position information and the motion state from only the external environment information and the position information, it is possible to obtain a prediction performance with higher accuracy than in the past.

また、位置情報と外部環境情報とからドライバの運転操作量を予測することができるため、装置が搭載されていない車両(例えば、本実施の形態に係る車両挙動予測装置が搭載されている車両の前方車両など)の挙動を予測することができる。   Further, since the driving operation amount of the driver can be predicted from the position information and the external environment information, a vehicle not equipped with the device (for example, a vehicle equipped with the vehicle behavior prediction device according to the present embodiment). The behavior of the vehicle ahead) can be predicted.

また、外部環境情報と位置情報のみから、車両の位置情報及び運動状態の予測が可能となるため、従来に比べ、高速で予測処理を行うことができる。   In addition, since it is possible to predict the vehicle position information and the motion state from only the external environment information and the position information, it is possible to perform the prediction process at a higher speed than in the past.

また、外部環境情報と位置情報のみから、車両の位置情報及び運動状態の予測が可能となるため、車両の速度、加速度といったセンサ情報を用いずに、車両の位置情報及び運動状態の予測をすることができる。   Further, since it is possible to predict the vehicle position information and the motion state from only the external environment information and the position information, the vehicle position information and the motion state are predicted without using sensor information such as the vehicle speed and acceleration. be able to.

また、予め定められた複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出し、算出された上限速度のうちの何れかを目標速度として選択し、選択された目標速度と、時刻tの車両の外部環境情報と、地図情報と、推定された時刻tの車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の車両のドライバの運転操作量を予測することにより、車両の位置情報及び運動状態を精度よく予測することができる。   In addition, an upper limit speed that satisfies each of a plurality of predetermined speed constraint conditions is calculated, one of the calculated upper limit speeds is selected as a target speed, and the selected target speed and the vehicle at time t are selected. Based on the external environment information, the map information, and the estimated motion state of the vehicle at time t, the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 is predicted, so that the position information and motion state of the vehicle can be accurately obtained. Can be predicted.

また、複数の運転シーンを想定しているため、一般道運転の予測精度が高い。   In addition, since a plurality of driving scenes are assumed, the prediction accuracy of general road driving is high.

また、従来技術と比較し、高い速度予測精度を持ち、外部環境情報とGPS等の位置センサのみで挙動の予測が可能であり、位置センサの観測誤差に対してロバスト性が高い。   In addition, compared with the prior art, it has high speed prediction accuracy, can predict behavior only with external environment information and a position sensor such as GPS, and is highly robust to observation errors of the position sensor.

また、一般道の運転の大半を占める、定常走行、前方車両追従、信号停止、及びカーブに対するドライバモデルを速度制約条件として導入し、それらの速度制約条件を満たす目標速度に対する速度制御を行うモデルで運転操作予測し、車両挙動を予測することで、観測した位置情報から拡張カルマンフィルタにより運転操作・車両状態の確率分布の推定が可能となり、外部環境情報とGPS等の位置センサのみで挙動の予測が可能になると共に、精度・ロバスト性ともに向上する。   In addition, a driver model for steady driving, forward vehicle tracking, signal stop, and curves, which occupies most of the driving on general roads, is introduced as a speed constraint condition, and it is a model that performs speed control for the target speed that satisfies those speed constraint conditions. By predicting driving operations and predicting vehicle behavior, it is possible to estimate the probability distribution of driving operations and vehicle states using the extended Kalman filter from the observed position information, and prediction of behavior is possible only with external environment information and position sensors such as GPS. It becomes possible, and both accuracy and robustness are improved.

<第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第2の実施の形態では、信号情報を更に考慮してドライバの運転操作量を予測し、車両の位置情報及び運動状態を予測する点が、第1の実施の形態と異なっている。   The second embodiment is different from the first embodiment in that the driving operation amount of the driver is predicted by further considering the signal information, and the position information and the motion state of the vehicle are predicted.

図12に示すように、第2の実施の形態に係る車両挙動予測装置210は、ドライバが目的地を入力するための入力操作部12と、地図情報(道路ネットワークデータ)、道路情報、及び信号情報を記憶した道路ネットワークデータベース214と、予測対象車両の前方を走行する前方車を検出する前方車情報取得部16と、予測対象車両の位置を計測する位置計測部18と、車両の挙動を予測するコンピュータ20と、予測結果を出力する出力装置40とを備えている。   As shown in FIG. 12, the vehicle behavior prediction apparatus 210 according to the second embodiment includes an input operation unit 12 for a driver to input a destination, map information (road network data), road information, and a signal. A road network database 214 storing information, a forward vehicle information acquisition unit 16 that detects a forward vehicle traveling ahead of the prediction target vehicle, a position measurement unit 18 that measures the position of the prediction target vehicle, and a prediction of the behavior of the vehicle And a computer 20 that outputs the prediction result.

道路ネットワークデータベース214には、地図情報、道路情報、及び信号情報が記憶されている。ここで、信号情報には、信号機の位置と当該信号機の信号変化の周期を示すデータが含まれている。   The road network database 214 stores map information, road information, and signal information. Here, the signal information includes data indicating the position of the traffic signal and the signal change cycle of the traffic signal.

車両情報取得部222は、道路ネットワークデータベース214から、車両の外部環境情報として更に、車両の走路上の信号情報を取得すると共に、取得した信号情報に基づいて、各時刻tの信号の状態を取得する。   The vehicle information acquisition unit 222 further acquires signal information on the running path of the vehicle from the road network database 214 as external environment information of the vehicle, and acquires a signal state at each time t based on the acquired signal information. To do.

運転操作予測部226は、図13に示すように、運転操作受付部100と、経路生成部102と、目標位置制約部2101と、目標位置選択部2104と、横位置制御部106と、目標速度制約部108と、目標速度選択部118と、速度制御部120と、運転操作出力部122とを備えている。   As shown in FIG. 13, the driving operation prediction unit 226 includes a driving operation reception unit 100, a route generation unit 102, a target position restriction unit 2101, a target position selection unit 2104, a lateral position control unit 106, and a target speed. A restriction unit 108, a target speed selection unit 118, a speed control unit 120, and a driving operation output unit 122 are provided.

目標位置制約部2101は、車両情報取得部22によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1とに基づいて、複数の位置制約条件を満たす車両位置を算出する。目標位置制約部2101は、信号制約部2102と、経路制約部2103とを備えている。 The target position restriction unit 2101 is based on the external environment information of the vehicle at time t−1 acquired by the vehicle information acquisition unit 22 and the state vector X t−1 at time t−1 received by the driving operation reception unit 100. Thus, a vehicle position that satisfies a plurality of position constraint conditions is calculated. The target position restriction unit 2101 includes a signal restriction unit 2102 and a route restriction unit 2103.

信号制約部2102は、車両情報取得部22によって取得された時刻t−1の車両の外部環境情報に含まれる信号情報と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1,vt−1]とに基づいて、信号停止に関する予め定められた位置制約条件を満たす車両位置を算出する。具体的には、信号制約部2102は、以下の式(14)に示す位置制約条件を満たす車両位置[x,y]を算出する。 The signal restriction unit 2102 includes the signal information included in the external environment information of the vehicle at time t−1 acquired by the vehicle information acquisition unit 22 and the state vector X t− at time t−1 received by the driving operation reception unit 100. Based on [x t−1 , y t−1 , v t−1 ] which is an element of 1 , the vehicle position that satisfies a predetermined position constraint condition regarding signal stop is calculated. Specifically, the signal restriction unit 2102 calculates a vehicle position [x r , y r ] that satisfies the position restriction condition represented by the following expression (14).

ここで、[x,yは車両位置、[xt−1,yt−1は運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の位置、[xstopline,ystoplineは信号に対応した停止線の位置、St−1は前回の信号の状態(赤、黄、青)、Sredは赤信号、vt−1は、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の車両の速度、psignalは、停止するか否かを決定するための予め求められたパラメータである。 Here, [x r , y r ] T is the vehicle position, [x t−1 , y t−1 ] T is the position at time t−1 received by the driving operation reception unit 100, and [x stopline , y stopline ] T is the position of the stop line corresponding to the signal, S t-1 is the state of the previous signal (red, yellow, blue), S red is the red signal, and v t-1 is the time received by the driving operation receiving unit 100 The speed of the vehicle at t−1, p signal, is a parameter determined in advance for determining whether to stop.

経路制約部2103は、経路生成部102によって車両の目的地に基づいて求められた経路情報と、運転操作受付部100によって受け付けた時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[xt−1,yt−1]とに基づいて、経路に関する位置制約条件を満たす車両位置を算出する。例えば、経路制約部2103は、目的地までの経路上における、時刻t−1の位置[xt−1,yt−1]から100先の地点を車両位置として算出する。 The route restriction unit 2103 is an element of the route information obtained based on the destination of the vehicle by the route generation unit 102 and the state vector X t−1 at the time t−1 received by the driving operation reception unit 100 [x. Based on [t−1 , y t−1 ]], the vehicle position that satisfies the position constraint condition regarding the route is calculated. For example, the route restriction unit 2103 calculates 100 points ahead from the position [x t−1 , y t−1 ] at the time t−1 on the route to the destination as the vehicle position.

目標位置選択部2104は、信号制約部2102によって算出された車両位置、及び経路制約部2103によって算出された車両位置の何れかを選択し、選択された位置を目標位置として決定する。例えば、目標位置選択部2104は、時刻t−1の位置[xt−1,yt−1]から最も近い車両位置を目標位置として選択する。 The target position selection unit 2104 selects either the vehicle position calculated by the signal restriction unit 2102 or the vehicle position calculated by the route restriction unit 2103, and determines the selected position as the target position. For example, the target position selection unit 2104 selects the vehicle position closest to the position [x t−1 , y t−1 ] at time t−1 as the target position.

なお、第2の実施の形態に係る車両挙動予測装置の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the vehicle behavior prediction apparatus which concern on 2nd Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.

以上説明したように、第2の実施の形態に係る車両挙動予測装置によれば、信号情報に基づいて、信号停止に関する予め定められた位置制約条件を満たす車両位置を算出し、車両の目的地に基づいて求められた経路情報に基づいて、経路に関する位置制約条件を満たす車両位置を算出し、算出された車両位置のうちの何れかを選択し、選択した位置を目標位置として決定することにより、車両の位置情報及び運動状態を精度良く予測することができる。   As described above, according to the vehicle behavior prediction apparatus according to the second embodiment, a vehicle position that satisfies a predetermined position constraint condition regarding signal stop is calculated based on the signal information, and the destination of the vehicle is calculated. By calculating a vehicle position that satisfies a position constraint condition regarding the route based on the route information obtained based on the route, selecting one of the calculated vehicle positions, and determining the selected position as a target position The position information and the motion state of the vehicle can be predicted with high accuracy.

なお、上記の実施の形態では、車両挙動予測装置が搭載されている自車両を、予測対象車両とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両挙動予測装置が搭載されていない、自車両以外の車両を、予測対象車両としてもよい。
車両挙動予測装置が搭載されていない車両を予測対象車両とする場合には、当該予測対象車両の車載器は入力操作部12、前方車情報取得部16、及び位置計測部18を備え、車両挙動予測装置は、通信手段によって当該予測対象車両の外部環境情報と位置情報とを取得し、当該車両の位置情報及び運動状態を予測する。
In the above embodiment, the case where the own vehicle on which the vehicle behavior prediction device is mounted is set as a prediction target vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the vehicle behavior prediction device is mounted. A vehicle other than the host vehicle that is not used may be used as the prediction target vehicle.
When a vehicle not equipped with a vehicle behavior prediction device is used as a prediction target vehicle, the vehicle-mounted device of the prediction target vehicle includes an input operation unit 12, a forward vehicle information acquisition unit 16, and a position measurement unit 18. The prediction device acquires external environment information and position information of the prediction target vehicle through communication means, and predicts the position information and motion state of the vehicle.

また、車両挙動予測装置が車両に搭載されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、交通センターなどに設定されているサーバによって、車両挙動予測装置が実現されてもよい。   Moreover, although the case where the vehicle behavior prediction apparatus is mounted on the vehicle has been described as an example, the present invention is not limited to this, and even if the vehicle behavior prediction apparatus is realized by a server set in a traffic center or the like. Good.

また、上記の実施の形態では、車両の外部環境情報として、地図情報、道路情報(走路速度情報及び走路曲率情報)、前方車両情報、信号情報を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、より多様なシーンに対応するために、対向車両や、周囲車両、歩行者等の情報を用いてもよい。   In the above embodiment, map information, road information (road speed information and road curvature information), forward vehicle information, and signal information are used as external environment information of the vehicle. However, the present invention is not limited to this. In order to deal with more various scenes, information such as oncoming vehicles, surrounding vehicles, and pedestrians may be used.

また、上記の実施の形態における前方車情報取得部16は、レーザレーダ装置を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前方車情報取得部16として、車車間通信装置や、路車間通信装置等を用いて、前方車両情報を取得してもよい。   Moreover, although the front vehicle information acquisition part 16 in said embodiment demonstrated the case where a laser radar apparatus was used as an example, it is not limited to this. For example, the front vehicle information acquisition unit 16 may acquire the front vehicle information using a vehicle-to-vehicle communication device, a road-to-vehicle communication device, or the like.

また、上記の実施の形態では、上述の車両挙動予測装置は、道路ネットワークデータベース14を備えている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、道路ネットワークデータベース14が車両挙動予測装置の外部装置に設けられ車両挙動予測装置は、外部装置と通信手段を用いて通信することにより、道路ネットワークデータベース14を参照するようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the case where the above-described vehicle behavior prediction apparatus includes the road network database 14 is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the road network database 14 is a vehicle. The vehicle behavior prediction device provided in the external device of the behavior prediction device may refer to the road network database 14 by communicating with the external device using communication means.

また、上記の実施の形態における予測処理ルーチンでは、運転操作予測処理と車両挙動予測処理とを30回繰り返す場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、運転操作予測処理と車両挙動予測処理とを繰り返さなくてもよい。   In the prediction processing routine in the above embodiment, the case where the driving operation prediction process and the vehicle behavior prediction process are repeated 30 times has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. It is not necessary to repeat the behavior prediction process.

また、上記の実施の形態では、目標速度制約部108において、複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出し、目標速度選択部118において、上限速度のうち最も低いものを目標速度として選択する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、複数の速度制約条件の各々の組み合わせに基づいて、目標速度を選択するようにしてもよい。   In the above embodiment, the target speed constraint unit 108 calculates an upper limit speed that satisfies each of the plurality of speed constraint conditions, and the target speed selection unit 118 selects the lowest one of the upper limit speeds as the target speed. However, the present invention is not limited to this, and the target speed may be selected based on each combination of a plurality of speed constraint conditions.

また、上記の実施の形態における運転操作出力部122は、時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[αt−1,δt−1]と、横位置制御部106によって算出された曲率δと、速度制御部120によって算出された加速度αとに基づいて、時刻tにおける曲率δと加速度αとを予測する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、、時刻t−1の状態ベクトルXt−1の要素である[αt−1,δt−1]を用いずに、時刻tにおける曲率δと加速度αとを予測してもよい。 Further, the driving operation output unit 122 in the above embodiment is calculated by [α t−1 , δ t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at time t−1, and the lateral position control unit 106. The case where the curvature δ t and the acceleration α t at the time t are predicted based on the calculated curvature δ and the acceleration α calculated by the speed control unit 120 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Without using [α t−1 , δ t−1 ], which is an element of the state vector X t−1 at time t−1, the curvature δ t and acceleration α t at time t can be predicted. Good.

また、上記の実施の形態における運転操作車両状態推定部32は、時刻tにおける車両の運動状態及び車両のドライバの運転操作量を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、時刻tにおける車両の運動状態のみを推定してもよい。   Moreover, although the driving operation vehicle state estimation part 32 in said embodiment demonstrated the case where the movement state of the vehicle in time t and the driving operation amount of the driver of a vehicle were estimated as an example, it is not limited to this. Alternatively, only the motion state of the vehicle at time t may be estimated.

なお、本発明のプログラムは、記録媒体に格納して提供することができる。   The program of the present invention can be provided by being stored in a recording medium.

10,210 車両挙動予測装置
12 入力操作部
14,214 道路ネットワークデータベース
16 前方車情報取得部
18 位置計測部
20 コンピュータ
22,222 車両情報取得部
24 予測部
26,226 運転操作予測部
28 車両挙動予測部
30 位置情報取得部
32 運転操作車両状態推定部
40 出力装置
100 運転操作受付部
102 経路生成部
104,2104 目標位置選択部
106 横位置制御部
108 目標速度制約部
110 前後位置制御制約部
112 定常走行制約部
114 追従制約部
116 カーブ制約部
118 目標速度選択部
120 速度制御部
122 運転操作出力部
280 車両挙動受付部
282 速度算出部
284 向き算出部
286 位置算出部
288 車両挙動出力部
2101 目標位置制約部
2102 信号制約部
2103 経路制約部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,210 Vehicle behavior prediction apparatus 12 Input operation part 14,214 Road network database 16 Forward vehicle information acquisition part 18 Position measurement part 20 Computer 22, 222 Vehicle information acquisition part 24 Prediction part 26,226 Driving operation prediction part 28 Vehicle behavior prediction Unit 30 position information acquisition unit 32 driving operation vehicle state estimation unit 40 output device 100 driving operation reception unit 102 route generation unit 104, 2104 target position selection unit 106 lateral position control unit 108 target speed restriction unit 110 front and rear position control restriction unit 112 steady state Travel restriction unit 114 Follow restriction unit 116 Curve restriction unit 118 Target speed selection unit 120 Speed control unit 122 Driving operation output unit 280 Vehicle behavior reception unit 282 Speed calculation unit 284 Direction calculation unit 286 Position calculation unit 288 Vehicle behavior output unit 2101 Target position Constraint unit 2102 Signal constraint unit 2103 Constraints section

Claims (7)

車両の位置情報及び前記車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する取得手段と、 前記取得手段によって取得された時刻t−1の前記車両の外部環境情報と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両のドライバの運転操作量を予測する運転操作予測手段と、
前記運転操作予測手段によって予測された時刻tの前記ドライバの運転操作量と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する車両挙動予測手段と、
前記取得手段によって取得された時刻tの車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻tの前記車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける前記車両の運動状態を推定する運転操作車両状態推定手段と、
を含み、
前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、
前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する
車両挙動予測装置。
Acquisition means for acquiring vehicle position information and external environment information of the vehicle at each time t; external environment information of the vehicle at time t-1 acquired by the acquisition means; and information on the vehicle at time t-1. Driving operation prediction means for predicting the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t based on the exercise state;
Based on the driving operation amount of the driver at time t predicted by the driving operation prediction means and the motion state of the vehicle at time t-1, the position information of the vehicle and the motion state of the vehicle at time t are obtained. Vehicle behavior prediction means for predicting;
Driving that estimates the motion state of the vehicle at time t based on the position information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the position information of the vehicle at time t predicted by the vehicle behavior prediction means. Operating vehicle state estimating means;
Including
The driving operation prediction means is based on the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. Predicting the driving operation amount of the driver of the vehicle,
The vehicle behavior prediction means is based on the driving operation amount of the driver at time t + 1 predicted by the driving operation prediction means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. A vehicle behavior prediction apparatus that predicts position information of the vehicle and a motion state of the vehicle at time t + 1.
前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態の確率分布に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量の確率分布を予測し、
前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量の確率分布と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態の確率分布とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報の確率分布及び前記車両の運動状態の確率分布を予測し、
前記運転操作車両状態推定手段は、前記取得手段によって取得された時刻t+1の車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻t+1の前記車両の位置情報の確率分布とに基づいて、時刻t+1における前記車両の運動状態の確率分布を推定する請求項1に記載の車両挙動予測装置。
The driving operation prediction means is based on the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the probability distribution of the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. , Predicting the probability distribution of the driving amount of the driver of the vehicle at time t + 1,
The vehicle behavior prediction means includes a probability distribution of the driving operation amount of the driver at time t + 1 predicted by the driving operation prediction means, and a motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. Based on the probability distribution, the probability distribution of the position information of the vehicle at time t + 1 and the probability distribution of the motion state of the vehicle are predicted,
The driving operation vehicle state estimation means is based on the position information of the vehicle at time t + 1 acquired by the acquisition means and the probability distribution of the position information of the vehicle at time t + 1 predicted by the vehicle behavior prediction means. The vehicle behavior prediction apparatus according to claim 1, wherein a probability distribution of the motion state of the vehicle at time t + 1 is estimated.
前記外部環境情報に基づいて、予め定められた複数の速度制約条件の各々を満たす上限速度を算出し、前記算出された上限速度のうちの何れかを目標速度として選択する目標速度選択手段を更に含み、
前記運転操作予測手段は、前記目標速度選択手段によって選択された前記目標速度と、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、前記時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測する
請求項1又は請求項2記載の車両挙動予測装置。
Target speed selection means for calculating an upper limit speed satisfying each of a plurality of predetermined speed constraint conditions based on the external environment information, and selecting any one of the calculated upper limit speeds as a target speed. Including
The driving operation predicting means is estimated by the target speed selected by the target speed selecting means, the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquiring means, and the driving operation vehicle state estimating means. The vehicle behavior prediction apparatus according to claim 1 or 2, wherein a driving operation amount of a driver of the vehicle at the time t + 1 is predicted based on a motion state of the vehicle at the time t.
各時刻tについて、前記車両の走路上の目標位置を決定する目標位置決定手段を更に含み、
前記取得手段は、前記車両の外部環境情報として、前記車両が走行する走路における定常走行速度と、前記車両が走行する走路の曲率と、前記車両の前方を走行する車両との距離を示す前方車両情報とを、各時刻tについて取得し、
前記目標速度選択手段は、前記定常走行速度を、定常走行に関する速度制約条件を満たす上限速度として算出し、前記走路の曲率に基づいて、カーブ走行に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記前方車両情報に基づいて、前方車両追従に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記目標位置決定手段によって決定された走路上の目標位置に基づいて、前後位置制御に関する速度制約条件を満たす上限速度を算出し、前記算出された上限速度のうちの何れかを目標速度として選択する請求項3記載の車両挙動予測装置。
For each time t, further includes target position determining means for determining a target position on the running path of the vehicle,
The acquisition means includes, as external environment information of the vehicle, a steady vehicle traveling speed on the road on which the vehicle travels, a curvature of the road on which the vehicle travels, and a distance from the vehicle traveling in front of the vehicle. Information for each time t,
The target speed selection means calculates the steady travel speed as an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding steady travel, calculates an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding curve travel based on the curvature of the road, Based on the preceding vehicle information, an upper limit speed that satisfies a speed constraint condition regarding forward vehicle tracking is calculated, and an upper limit condition that satisfies the speed constraint condition regarding front-rear position control is calculated based on the target position on the road determined by the target position determination unit. The vehicle behavior prediction apparatus according to claim 3, wherein a speed is calculated, and any one of the calculated upper limit speeds is selected as a target speed.
前記取得手段は、前記車両の外部環境情報として、更に、前記車両の走路上の信号情報と、前記車両の目的地とを、各時刻tについて取得し、
前記目標位置決定手段は、前記信号情報に基づいて、信号停止に関する予め定められた位置制約条件を満たす車両位置を算出し、前記車両の目的地に基づいて求められた経路情報に基づいて、経路に関する位置制約条件を満たす車両位置を算出し、前記算出された車両位置のうちの何れかを選択し、選択した位置を目標位置として決定する請求項4記載の車両挙動予測装置。
The acquisition means further acquires signal information on the running path of the vehicle and a destination of the vehicle for each time t as external environment information of the vehicle,
The target position determining means calculates a vehicle position that satisfies a predetermined position constraint condition related to signal stop based on the signal information, and based on the route information obtained based on the destination of the vehicle, The vehicle behavior prediction device according to claim 4, wherein a vehicle position that satisfies a position constraint condition for the vehicle is calculated, any one of the calculated vehicle positions is selected, and the selected position is determined as a target position.
前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態及び前記車両のドライバの運転操作量に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、
前記運転操作車両状態推定手段は、前記取得手段によって取得された時刻t+1の車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻t+1の前記車両の位置情報とに基づいて、時刻t+1における前記車両の運動状態及び前記車両のドライバの運転操作量を推定する
請求項1〜請求項5の何れか1項記載の車両挙動予測装置。
The driving operation prediction means includes the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means, the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means, and the driver of the vehicle. Based on the driving operation amount, the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t + 1 is predicted,
The driving operation vehicle state estimation means is based on the position information of the vehicle at time t + 1 acquired by the acquisition means and the position information of the vehicle at time t + 1 predicted by the vehicle behavior prediction means. The vehicle behavior prediction apparatus according to claim 1, wherein the movement state of the vehicle and a driving operation amount of a driver of the vehicle are estimated.
コンピュータを、
車両の位置情報及び前記車両の外部環境情報を各時刻tについて取得する取得手段と、 前記取得手段によって取得された時刻t−1の前記車両の外部環境情報と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両のドライバの運転操作量を予測する運転操作予測手段、
前記運転操作予測手段によって予測された時刻tの前記ドライバの運転操作量と、時刻t−1の前記車両の運動状態とに基づいて、時刻tの前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測する車両挙動予測手段、及び
前記取得手段によって取得された時刻tの車両の位置情報と、前記車両挙動予測手段によって予測された時刻tの前記車両の位置情報とに基づいて、時刻tにおける前記車両の運動状態を推定する運転操作車両状態推定手段
として機能させるプログラムであって、
前記運転操作予測手段は、前記取得手段によって取得された時刻tの前記車両の外部環境情報と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態に基づいて、時刻t+1の前記車両のドライバの運転操作量を予測し、
前記車両挙動予測手段は、前記運転操作予測手段によって予測された時刻t+1の前記ドライバの運転操作量と、前記運転操作車両状態推定手段によって推定された時刻tの前記車両の運動状態とに基づいて、時刻t+1の前記車両の位置情報及び前記車両の運動状態を予測するプログラム。
Computer
Acquisition means for acquiring vehicle position information and external environment information of the vehicle at each time t; external environment information of the vehicle at time t-1 acquired by the acquisition means; and information on the vehicle at time t-1. Driving operation prediction means for predicting the driving operation amount of the driver of the vehicle at time t based on the exercise state;
Based on the driving operation amount of the driver at time t predicted by the driving operation prediction means and the motion state of the vehicle at time t-1, the position information of the vehicle and the motion state of the vehicle at time t are obtained. Based on the vehicle behavior prediction means for prediction, the vehicle position information at time t acquired by the acquisition means, and the vehicle position information at time t predicted by the vehicle behavior prediction means, the vehicle at time t A program for functioning as a driving vehicle state estimating means for estimating a motion state of a vehicle,
The driving operation prediction means is based on the external environment information of the vehicle at time t acquired by the acquisition means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. Predicting the driving operation amount of the driver of the vehicle,
The vehicle behavior prediction means is based on the driving operation amount of the driver at time t + 1 predicted by the driving operation prediction means and the motion state of the vehicle at time t estimated by the driving operation vehicle state estimation means. A program for predicting the position information of the vehicle and the motion state of the vehicle at time t + 1.
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