JP2002163779A - 複数台車両の停止制御方法及び装置 - Google Patents

複数台車両の停止制御方法及び装置

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JP2002163779A
JP2002163779A JP2000358843A JP2000358843A JP2002163779A JP 2002163779 A JP2002163779 A JP 2002163779A JP 2000358843 A JP2000358843 A JP 2000358843A JP 2000358843 A JP2000358843 A JP 2000358843A JP 2002163779 A JP2002163779 A JP 2002163779A
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obstacle
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Satoshi Sekine
智 関根
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
Hisashi Ezure
久 江連
Toshihiro Koyama
敏博 小山
Original Assignee
Natl Inst For Land & Infrastructure Management Mlit
国土交通省 国土技術政策総合研究所長
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 複数車両の走行時に、先行車が急に減速した
際でも、衝突の回避を迅速且つ確実に行って、全車両の
安全性を損なうことのない車両の停止制御方法及び装置
を提供する。 【解決手段】 複数の車両が連なって走行している道路
において、これらの車両を安全に停止させる停止制御方
法であって、減速軌跡生成装置を具え、この停止制御装
置は、走行する複数車両の前方で障害物が検出された場
合には、それぞれの車両の障害物からの距離、走行速度
から停止時における障害物又は車両相互の間隔が安全な
距離に保たれるように停止するための減速軌跡を作成
し、これらを自動運転が可能な車両に通信手段によって
伝達して、それらの車両が減速軌跡に追従して停止制御
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両制御技術、特
に高速道路等において、自動運転が可能な車両と、不可
能な車両とが重なって走行している場合に、緊急停止を
行う制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、最新の情報通信技術を取り入れた
高度な交通システムの開発が、ITS(Intelligent Tr
ansportation System)として、日本、アメリカ、ヨー
ロッパを中心として、盛んに行われている。そしてIT
Sの一分野として、走行支援道路システム(AHS:Ad
vanced Cruise-Assist Highway System)が位置づけら
れている。このAHSでは、情報通信技術と車両制御技
術とを両することによって、高速道路上での高密度、高
速で安全な自動運転技術を完成させることを最終目標と
している。
【0003】このような目標を達成するために、AHS
では、後続車両が先行車両までの車間距離を車間距離検
出手段によって計測し、これと指定された車間距離から
車両制御手段によって、加速、減速の操作量を計測し、
これを推進手段に与えて、車両の速度、位置を制御する
方法が検討されてきた。そしてこの方法によって、複数
の車両を指定された車間距離以上を保ちながら高速で自
動運転することが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
制御方法では、先行車両がなんらかの原因によって、大
きな減速度で緊急停止を行った場合、後続車両は、車間
距離検出手段、車両制御手段、推進手段等の信号伝達が
遅れ、時間が経過してから減速を開始するために、減速
中の車間距離が減速前に比べ小さくなり、高密度、高速
で運転している時には、先行車両との接触や追突という
事故が起こる可能性が高く、また降雨、降雪時に車両の
タイヤと路面の摩擦抵抗が小さくなっている場合には、
後続車両がスリップ等を起こして危険な状態になる可能
性も高いという問題がある。またこれ以外に、AHSで
は、特に普及の初期段階において、自動運転が不可能な
車両が、自動運転可能な車両と混在して走行することを
想定しなくてはならず、両車両間の制御性能の相違によ
る緊急停止時の走行軌跡の相違が、相互の接触事故を起
こして、危険な状態となる可能性も高いという問題点も
ある。
【0005】そこで、本発明の目的は、前記のような従
来の障害物衝突防止方法のもつ問題を解消し、複数の車
両の走行時に、先行車が急に減速した際でも、衝突の回
避を迅速且つ確実に行うことができて、すべての車両の
安全性を損なうことのない複数台車両の停止制御方法及
び装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、前記
のような目的を達成するために、請求項1に記載の発明
は、自動運転が可能な車両と、不可能な車両とが複数台
で連なって走行している道路において、これらの車両を
安全に停止させる停止制御方法であって、減速軌跡生成
装置を含む停止制御装置を具え、この停止制御装置は、
走行する複数の車両の前方で障害物が検出された場合に
は、それぞれの車両の障害物からの距離、走行速度から
停止時における障害物又は車両相互の間隔が安全な距離
に保たれるうに停止するための、減速軌跡を作成し、こ
れらを自動運転が可能な車両に通信手段によって伝達し
て、それらの車両が減速軌跡に追従して停止制御を行う
ことを特徴とするものである。
【0007】請求項2に記載された発明は、自動運転が
可能な車両と、不可能な車両とが複数台で連なって走行
している道路において、これらの車両を安全に停止させ
る停止制御装置であって、走行する複数の車両の前方で
障害物が検出された場合には、それぞれの車両の障害物
からの距離、走行速度から停止時における障害物又は車
両相互の間隔が安全な距離に保たれるように停止するた
めの、減速軌跡を作成し、これらを自動運転が可能な車
両に通信手段によって伝達して、それらの車両が減速軌
跡に追従して停止制御を行う減速軌跡生成装置を含む停
止制御装置を具えることを特徴とするものである。
【0008】請求項3に記載された発明は、請求項2に
記載の発明において、減速軌跡生成装置が、自動運転が
可能な車両の目標減速軌跡生成装置と、自動運転が不可
能な車両の予測減速軌跡生成装置とを具えていることを
特徴とするものである。
【0009】請求項4に記載された発明は、請求項3に
記載の発明において、複数台車両の停止制御装置が、減
速軌跡生成装置と、走行する車両の状態データベースと
を具え、自動運転が可能な車両と通信を行う通信装置及
び路側に設けた障害物検出装置とともに制御を行うこと
を特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】図面に示す本発明の一実施形態に
ついて説明する。図1は、この実施形態の全体構成ブロ
ック図である。この図1において、14は停止制御装置
を示し、この停止制御装置14は、減速軌跡生成装置1
3と、車両状態データベース12とを具えている。車両
状態データベース12は、道路16上を走行している車
両の速度、位置、最大減速度等の情報を蓄積して管理し
ている。減速軌跡生成装置13は、目標減速軌跡生成装
置17と予測減速軌跡生成装置18とを具えている。目
標減速軌跡生成装置17は、外部からの指示により、自
動運転可能なAHS車両1の減速軌跡を生成する。予測
減速軌跡生成装置18は、自動運転が不可能な非AHS
車両2の予測減速軌跡を生成する。
【0011】11は路上通信装置を示し、この路上通信
装置11は道路16上を走行するAHS車両1に搭載さ
れている車上通信装置との通信を行い、停止制御装置1
4とAHS車両1との間の情報のやり取りを仲介する。
障害物検出装置10は、障害物15を検出し、これを停
止制御装置14に通知する。
【0012】つぎに車両状態データベース12について
説明する。車両状態データベース12は、減速軌跡を生
成する時に必要な車両の状態量と、生成された減速軌跡
のデータをすべて管理している。車両状態データベース
12上では、これらの情報は図2に示されているような
表として管理される。
【0013】このような車両状態データベース12は、
AHS車両1が、停止制御装置14の管理区間に進入す
ると、路上通信装置11を介してAHS車両1にメッセ
ージを送信し、その状態量の伝送を要求する。AHS車
両1要求にしたがって、自車両の車両ID、位置、速度
の情報を伝送する。また通信装置を持たない非AHS車
両2については、路上に設置された車両検出装置によっ
て、その位置、速度が計測され、車両状態データベース
12が付与する車両IDとともに管理される。
【0014】また、減速軌跡のデータは、減速軌跡生成
装置13が生成した目標減速軌跡データ又は予測減速軌
跡データであって、軌跡の初期時刻t0、初期位置x0
初期速度v0、減速度β(<0)からなっている。これ
らのデータによって、時刻tにおける車両の位置(軌
跡)yは、次の式のように表される。
【数1】
【0015】これらのデータは、車両IDに対応させて
参照することができるようになっており、各車両が停止
制御装置14の管理区間で走行している間は、ある一定
間隔で最新の情報に更新される。また車両状態データベ
ース12は、減速軌跡生成装置13が新たな軌跡を生成
して、これらが車両状態データベース12に登録された
場合は、あらたな軌跡を路上通信装置11を通して各A
HS車両1に伝送する。
【0016】つぎに減速軌跡生成装置13及びこれを構
成する目標減速軌跡生成装置17と、予測減速軌跡生成
装置18とについて説明する。減速軌跡生成装置13
は、外部からの軌跡生成要求を受けると、車両状態デー
タベース12の車両情報を参照して、減速軌跡を生成す
べき車両を選択して、目標減速軌跡生成装置17と、予
測減速軌跡生成装置18に減速軌跡生成の指示を出す。
【0017】つぎに減速軌跡生成の手段を、図3から図
6を参照して説明する。図3は、減速軌跡生成のアルゴ
リズムを示すフローチャートでって、減速軌跡生成装置
13は、以下の手順にしたがって減速軌跡を生成する。 P1.減速軌跡生成手続開始 P2.障害物の直前の車両を探して、これを処理対象車
両とする。 P3.処理対象車両がAHS車両1ならつぎの手続きへ
移行し、そうでなければ下記のP5に移行する。 P4.目標減速軌跡作成の手続を行った後手続P6に移
る。 P5.予測減速軌跡生成の手続を行う。 P6.P4又はP5で求めた処理対象車両の減速度が、
許容速度より大きい場合は次の手段へ、そうでなければ
P9へ移行する。 P7.後続車両がまだある場合は、P8へ移行し、そう
でなければP9へ移行する。 P8.後続車両を処理対象車両としてP2へ移行する。 P9.減速軌跡生成手続を終了する。
【0018】また前記の手続4で呼ばれている目標減速
軌跡作成のアルゴリズムは、図4のフローチャートに示
す通りであり、以下の手順に従ってAHS車両1の目標
減速軌跡を生成する。 P11.目標減速軌跡生成手順開始 P12.直前に障害物がある場合は、次の手順へ移行
し、そうでなければP17に移行する。 P13.障害物の位置を読み込む。 P14.処理対象車両の位置、速度を車両状態データベ
ース12から読み込む。 P15.障害物までの距離を求める。 P16.処理対象車両の位置、目標速度を求めて、P2
1へ移行する。 P17.先行車両の位置、速度、目標減速度を、車両状
態データベース12から読み込む。 P18.処理対象車両の位置、速度を読み込む。 P19.車間距離を求める。 P20.処理対象車両の目標減速度を求める。 P21.減速軌跡データを車両状態データベースに登録
する。 P22.目標減速軌跡作成手続終了。
【0019】なお前記において、P16、P20におけ
る目標減速度は、それぞれ式1(数6)及び式2(数
5)によって求める。またP21で登録する減速軌跡デ
ータの初期時刻t0は、この軌跡を作成した時刻とし、
初期位置x0、初期速度v0は、P18で読み込んだ対象
車両の位置と速度とする。
【0020】続いて手順P5呼ばれている予測減速軌跡
生成のアルゴリズムは、図5のフローチャートに示すと
おりであり、以下の手順に従ってAHS車両1の目標減
速軌跡を生成する。 P31.予測減速軌跡生成手続開始 P32.処理対象車両の位置、速度、最大限速度を車両
状態データベース12から読み込む。 P33.予測減速度を予め設定された最大限速度とす
る。 P34.減速軌跡を車両状態データベース12に登録す
る。 P35.予測減速軌跡生成手続終了。 なお、P34で登録する減速軌跡データの初期時刻t0
は、この軌跡を作成した時刻とし、初期位置x0、初期
速度v0は、P32で読み込んだ対象車両の位置と速度
とする。
【0021】つぎにP16、P20において、求める目
標速度を導く式1、式2について説明する。図6は横軸
に車両の位置、縦軸に速度を示すグラフである。ここで
示すように、2台の車両Ci,Ci+1(i:車両インデッ
クス)が、時刻t0において、速度V0 i、V0 i+1で位置
0 i,X0 i+1を走行している場合を考える。この時何ら
かの原因で、先行車両Ciが加速度βi(<0)で減速を
開始し、それと同時に後続車両Ci+1が加速度βi+1(<
0)で減速を開始したと仮定する。それぞれの車両が停
止する位置X2 i,X2 i+1は、
【数2】 となる。従って停止したときに車両の間に余裕距離Lと
なる条件は、
【数3】 であり、これに上記数2を代入して
【数4】 さらに時刻t0における車間距離をD0=X0 i−X0 i+1
おいてβi+1について解くと
【数5】 となりP20における目標減速度を求めることができ
る。また、P16においては先行車両は無く停止した障
害物が前方にあると考えられるため、数5における先行
車両速度をゼロとした以下の式
【数6】 に従って減速度を求める。
【0022】前記のアルゴリズムによって、各車両の目
標減速軌跡又は予測減速軌跡を求めて、車両状態データ
ベース12に登録を行うと、図7に示す表のように各車
両の減速軌跡データが記録されることになる。この例で
は車両A001と車両A002との間で、障害物が検出
された場合ものであり、車両A002から車両A004
までは、だんだん減速度の絶対値が小さくなっていく目
標減速軌跡が求められる。
【0023】また車両M001は、非AHS車のため、
車両として発揮している最大限速度(−5.0[m/s
*s])を想定した予測減速軌跡となっている。再び車
両A005からは、先行車両の減速軌跡を求める際に求
められた減速度が許容減速度より小さくなっているた
め、これより後の車両については、減速軌跡を求めるこ
とはしない。
【0024】最後にAHS車両1について説明する。図
8はAHS車両1の構成図である。AHS車両1は、車
間距離検出装置20、車上通信装置21、目標値演算装
置22、車両制御装置23、推進装置24、位置検出装
置25を具えている。車間距離検出装置20は、先行車
両との間の距離を検出し、これを車間距離として、車両
制御装置23に通知する。車上通信装置21は、路上通
信装置と通信を行って、自車両の目標減速軌跡及び、存
在するときは、先行車両目標減速軌跡データを受け取
り、目標値演算装置22に通知する。目標値演算装置2
2は、先行車両の種類によって以下の2通りの動作を行
う。
【0025】(1)先行車両がAHS車両であり、先行
車両の目標減速軌跡が得られる場合には、先行車両の減
速軌跡と、自車両の減速軌跡とから目標車間距離を求
め、これを車両制御装置23に通知する。また自車両の
減速軌跡を決める減速度を目標減速度として、車両制御
装置23に通知する。 (2)先行車両が非AHS車両、又は先行車両が無く、
障害物がある場合は、自車両の減速軌跡を決める目標減
速度と、現時刻までの目標位置を求め、これを車両制御
装置23に通知する。
【0026】また車両制御装置23は、前記の目標値演
算装置22の2つの動作に応じて以下の動作を行う。 (1)目標値演算装置22から目標車間距離と、目標減
速度を通知された場合は、目標車間距離と車間距離検出
装置20が検出した値を比較してPID制御等によりフ
ィードバック制御を行って操作量を演算する。また目標
減速度は、フィードフォワード操作量として、フィード
バック操作量に加算して、求めた操作量を推進装置24
に通知する。 (2)目標値演算装置22から目標位置と、目標減速度
を通知された場合は、目標位置と位置検出装置25が検
出した値を比較してPID制御等により、フィードバッ
ク制御を行って操作量を演算する。また目標減速度は、
フィードフォワード操作量として、フィードバック操作
量に加算して、求めた操作量を推進装置24に通知す
る。
【0027】前記のシステムによれば、緊急停止の際に
は、それぞれの車両が減速開始までの遅れ時間を小さく
抑えることが可能となる。またそれぞれの車両は、最適
化された停止軌跡に沿って減速するために、先頭車両か
ら離れた後続車両ほど小さな減速度で停止することが可
能になるため、スリップによる危険な状況を回避するこ
とができる。
【0028】
【実施例】本発明の1実施例を、図9,10を参照して
説明する。本発明システムの全体構成図である図9にお
いて、障害物検出装置10は、監視カメラ61と、画像
処理装置62とを具えている。路上通信装置11は、無
線トランシーバ71と、漏洩同軸ケーブル(LCX)ア
ンテナ72によって構成されている。車両状態データベ
ース12と減速軌跡生成装置13は計算機によって実現
される。
【0029】計算機80の外部記憶装置83の中に路上
通信装置11を介して伝送された車両の情報を車両状態
データベース情報85として蓄積する。また減速軌跡生
成装置13のアルゴリズムを記述した計算機プログラム
を減速軌跡作成プログラム84として、外部記憶装置8
3に保存して、これを実行することにより、減速軌跡生
成装置13を実現する。
【0030】図10は、実施例における車両の構成を示
している。車両制御装置23と目標値演算装置22と
は、計算機31によって構成されている。計算機31は
中央演算処理装置32、主記憶装置33、外部記憶装置
34、外部インターフェース37を具えていて、車両制
御装置23の中で行う手続を、目標値演算プログラム3
6として記述して、外部記憶装置34の中に保存する。
車間距離検出装置20は、レーザーレーダ41で構成さ
れていて、その出力は、計算機31と外部インターフェ
ース装置37とを介して接続される。車上通信装置21
は、無線トランシーバ42と、ホイップアンテナ43と
を具えていて、入出力は、計算機31と外部インターフ
ェース装置37とを介して接続されている。推進機関2
4は、エンジン駆動装置51、エンジン・トランスミッ
ション52、車輪53を具えていて、エンジン駆動装置
51の入力は、計算機31と外部インターフェース装置
37とを介して接続される。位置検出装置25は、回転
数検出器54として実現される出力を、外部インターフ
ェース装置37を介して計算機31と接続される。
【0031】
【発明の効果】本発明は、前記のようなものであって、
複数の車両が連なって走行している時に、緊急停止を行
っても減速開始までの遅れの時間を、最小限に抑えるこ
とが可能なため、先行車両との車間距離が大きくなっ
て、安全に停止することができる。またそれぞれの車両
は、最適化された停止軌道に沿って減速するために、先
頭車両から離れた後続車両ほど小さな減速度で停止す
る。このために、スリップやスピンを防いで危険な状況
を回避することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御システムの構成を示す構成図であ
る。
【図2】車両データベースで管理しているデータを示す
表である。
【図3】本発明の減速軌跡生成装置の軌跡生成アルゴリ
ズムを示すフローチャートである。
【図4】目標減速軌跡生成装置の軌跡生成アルゴリズム
を示すフローチャートである。
【図5】予測減速軌跡生成装置の軌跡生成アルゴリズム
を示すフローチャートである。
【図6】連なった2台の車両が減速しているときの位置
と、速度とを示すグラフである。
【図7】車両データベースに登録された減速軌跡データ
を説明する表である。
【図8】AHS車両の構成図である。
【図9】本発明の実施例の制御システムの構成図であ
る。
【図10】前記実施例の車両の構成図である。
【符号の説明】
1 AHS車両 2 AHS車両 10 障害物検出装置 11 路上通信装置 12 車両状態データベース 13 減速軌跡生成装置 14 停止制御装置 17 目標減速軌跡生成装置 18 予測減速軌跡生成装置 20 車間距離検出装置 21 車上通信装置 22 目標値演算装置 23 車両制御装置 24 推進装置 25 位置検出装置 31 計算機 32 中央演算処理装置 33 主記憶装置 34 外部記憶装置 35 車両制御プログラム 36 目標値演算プログラム 37 外部インターフェース装置 41 レーザーレーダ 42 無線トランシーバ 43 ホイップアンテナ 51 エンジン推進装置 52 エンジン・トランスミッション 53 車輪 54 回転数検出装置 61 監視カメラ 62 画像処理装置 71 無線トランシーバ 72 漏洩同軸ケーブルアンテナ 80 計算機 83 外部記憶装置 85 車両状態データベース情報
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G08G 1/09 G08G 1/09 F G01S 17/88 A (72)発明者 小山 敏博 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝内 Fターム(参考) 5H180 AA01 BB04 CC03 CC12 CC14 FF13 LL01 LL04 LL06 LL09 5J084 AA01 AB01 AB17 AC02 BA03 DA10 EA22

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動運転が可能な車両と、不可能な車両
    とが複数台で連なって走行している道路において、これ
    らの車両を安全に停止させる停止制御方法であって、減
    速軌跡生成装置を含む停止制御装置を具え、この停止制
    御装置は、走行する複数の車両の前方で障害物が検出さ
    れた場合には、それぞれの車両の障害物からの距離、走
    行速度から停止時における障害物又は車両相互の間隔が
    安全な距離に保たれるうに停止するための、減速軌跡を
    作成し、これらを自動運転が可能な車両に通信手段によ
    って伝達して、それらの車両が減速軌跡に追従して停止
    制御を行うことを特徴とする停止制御方法。
  2. 【請求項2】 自動運転が可能な車両と、不可能な車両
    とが複数台で連なって走行している道路において、これ
    らの車両を安全に停止させる停止制御装置であって、走
    行する複数の車両の前方で障害物が検出された場合に
    は、それぞれの車両の障害物からの距離、走行速度から
    停止時における障害物又は車両相互の間隔が安全な距離
    に保たれるように停止するための、減速軌跡を作成し、
    これらを自動運転が可能な車両に通信手段によって伝達
    して、それらの車両が減速軌跡に追従して停止制御を行
    う減速軌跡生成装置を含む停止制御装置を具えることを
    特徴とする停止制御装置。
  3. 【請求項3】 減速軌跡生成装置が、自動運転が可能な
    車両の目標減速軌跡生成装置と、自動運転が不可能な車
    両の予測減速軌跡生成装置とを具えていることを特徴と
    する請求項2に記載の停止制御装置。
  4. 【請求項4】 複数台車両の停止制御装置が、減速軌跡
    生成装置と、走行する車両の状態データベースとを具
    え、自動運転が可能な車両と通信を行う通信装置及び路
    側に設けた障害物検出装置とともに制御を行うことを特
    徴とする請求項3に記載の停止制御装置。
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