JP2004157910A - 車両用推奨操作量生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対して十分なアシスト機能を発揮する。
【解決手段】周囲車両挙動予測手段３ａは、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数３ａ−１と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数３ａ−２と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数３ａ−３と、周囲車両の運動を表現する他車変数３ａ−４と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデル８とを有し、評価関数構成手段３ｂは、自車と物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項３ｂ−１と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項３ｂ−２と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項３ｂ−３と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項３ｂ−４の、少なくとも四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数９とを有する。
【選択図】 図２
【解決手段】周囲車両挙動予測手段３ａは、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数３ａ−１と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数３ａ−２と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数３ａ−３と、周囲車両の運動を表現する他車変数３ａ−４と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデル８とを有し、評価関数構成手段３ｂは、自車と物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項３ｂ−１と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項３ｂ−２と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項３ｂ−３と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項３ｂ−４の、少なくとも四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数９とを有する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された車両用推奨操作量生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開平１０−２１１８８６号。
【０００３】
上記特許文献では、自車の周囲を走行する周囲車両との相対運動状態に基づいて潜在的危険度（リスクポテンシャル）という関数を定義して、該リスクポテンシャルが大きくなるような方向への操舵を抑制するように補助操舵トルクを加え、運転者に周囲環境のリスクの大きさを認識させる装置に関する発明が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献では、リスクの大きい操作の抑制を目的とした装置であり、リスクが小さくなるような運転操作を何らかの方法で算出し、算出された情報を運転者に何らかの手段で伝達することによって、運転者にリスクの小さい運転を積極的に促すことは想定されておらず、周囲車両との相対運動状態だけからリスクポテンシャルを算出しており、道路上に規定された車線を考慮したものになっていない。従って、障害物回避のアシストといった機能は十分に発揮できるものの、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対しては十分なアシスト機能を発揮できないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対して十分なアシスト機能を発揮できる車両用推奨操作量生成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】
上記課題を解決するため、本発明は、周囲物体検出手段と、自車状態検出手段と、周囲車両挙動予測手段と、自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、自車にとって望ましい縦方向の操作量の時系列信号と横方向の操作量の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段とを備え、周囲車両挙動予測手段は、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数と、周囲車両の運動を表現する他車変数と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデルとを有し、評価関数構成手段は、自車と物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲物体評価項と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項の四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対して十分なアシスト機能を発揮できる車両用推奨操作量生成装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
《第一の実施の形態》
本発明の第一の実施の形態を図１から図５までの図面に基づいて説明する。
図１は本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第一の実施の形態の一配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは、車両前面に取り付けられ、自車両前方に位置する複数の車両の位置を測定する。画像センサ１ｂも、車両前面の適当な位置にとりつけられ、前方レーダーの測定情報を補完するとともに、道路上に引かれた車線を検出する。後方レーダー１ｃは、車両背面に取り付けられ、自車両後方に位置する複数の車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは、左右の車両側面に一個ずつ取り付けられ、前方レーダー１ａと後方レーダー１ｃの死角となる車両側方に位置する車両の位置を検出する。なお、側方センサ１ｄとしては、レーダーを用いることもできるが、超音波センサや画像センサを用いることができる。
【０００９】
車速センサ２は、ロータリーエンコーダーをホイールに取り付けることで実現できる。ホイールの回転速度に応じた周期のパルス列を出力し、車速の計測値を得る。
【００１０】
演算部３は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、各センサからの信号を内蔵メモリに記録されたプログラムに従って処理し、計算結果を表示装置に送る。
【００１１】
表示装置４は、液晶画面などの表示用ディスプレイおよび該ディスプレイに表示する画像を描画するためのマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、演算部３から送られてきた信号を内蔵メモリに記録された描画プログラムに従って処理し、画像をディスプレイに描画することで運転者に情報を提示する。
【００１２】
演算部３は、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示すブロック３ａ〜３ｃを構成する。
【００１３】
図２において、３ａは周囲車両挙動予測手段、３ｂは評価関数構成手段、３ｃは推奨操作量演算手段、５は車速センサ２と車線検出器としての画像センサ１ｂにより構成される自車状態検出手段、６は周囲センサ１ａ〜１ｄにより構成される周囲車両検出手段、７は周囲車両情報である。周囲車両挙動予測手段３ａは、縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、車線変数３ａ−３、他車変数３ａ−４を有する。また、各変数３ａ−１〜３ａ−４はそれぞれ、各変数３ａ−１〜３ａ−４の時間的な変化を予測する予測モデル８を有する。また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両評価項３ｂ−１、縦方向運動評価項３ｂ−２、車線変更評価項（車線変更抑制項）３ｂ−３、横方向位置評価項３ｂ−４を有する。また、各評価項３ｂ−１〜３ｂ−４はそれぞれ、各評価項３ｂ−１〜３ｂ−４の重要度を反映する重み付け係数（図では、「重み」とのみ記載）９を有する。
【００１４】
以下、図３に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロック３ａ〜３ｃの具体的な構成方法を説明する。
【００１５】
図３は、片側二車線の直線道路を自車（図に示すように、自車０と定義）と２台の他車両（車両１、車両２と定義）が走行している場面である。
図３の場面において、自車０は、左車線を走行する車両１よりも速い速度で走行しており、車間距離が縮まってきている。右車線の後方には、自車とほぼ同じ速度で走行する車両２が存在している。また、車両１は、左車線の道路中央寄りの位置を走行しており、自車０と車両２はほぼ車線の中央付近を走行しているものとする。簡単のため、車両１と車両２は車線変更を行なわないものと仮定する。
【００１６】
ここでは、道路の進行方向に沿ってｘ座標をとり、各車両のｘ座標の値を表す変数をｘｉと表記する。ここで、ｉは０から２までの値をとり、車両を区別するインデックスである。また、道路の進行方向とは垂直にｙ座標をとり、各車両のｙ座標の値を表す変数をｙｉと表記する。左車線と右車線の中央位置のｙ座標をそれぞれ、ｙＬ、ｙＲと表記する。
【００１７】
周囲センサ１ａ〜１ｄからは、周囲車両と自車０との相対的な位置および相対的な速度を得ることができる。従って、座標系の原点を適当に定めれば、自車および各車のｘ座標およびｙ座標の値を具体的に確定することができる。また、周囲センサ１ｂから得られた車線に関する情報を利用することによって、また、車速センサ２からは自車０の縦方向の絶対速度を得ることができるので、自車速に各車の相対速度を加算することで、各車の絶対速度を得ることができる。以上より、センサ１ａ〜１ｄ、２から得られた全ての周囲車両情報７を次のようなベクトルの形でまとめることができる。
【００１８】
【数１】
ただし、ｖｉ＝ｘｉ ・は各車の縦方向の絶対速度を表す。なお、「・」は時間微分を表す。また、括弧（ ）付きの数式においては「・」は変数の上にあるものとし、上付きの「・」と、変数の上にある「・」は同意とする。
【００１９】
周囲車両挙動予測手段３ａは、次のように構成される。
自車の位置ｘ０および速度ｖ０は、自車の縦方向の物理的な運動を表現する変数となっている。これらの変数の挙動を予測する縦方向モデルとして、次のようなモデルを導入する。
【００２０】
【数２】
ここで、ｕｘは自車に対する縦方向の操作量（加減速指令値）である。
【００２１】
同様に、他車の位置ｘｉおよび速度ｖｉ（ｉ＝１，２）は、他車の縦方向の物理的な運動を表現する変数である。これらの変数の挙動を予測する他車モデルとして、次のようなモデルを導入する。
【００２２】
【数３】
ただし、ｘｐ、ｖｐはそれぞれ車両ｉの先行車に相当する車両の位置と速度を表す変数であり、ｋ１ ｉ、ｋ２ ｉ、ｋｖ ｉ、ｈｉは車両ｉの先行車に対する追従特性を決める正のパラメータである。ｖｉ ｄは車両ｉの走行希望車速である。なお、車両ｉに先行車に相当する車両が存在しない場合には、便宜的に、ｘｐ＝ｘｉ＋ｈｉｖｉ、ｖｐ＝ｖｉを仮想的な先行車情報として代入して、（３）式が
【００２３】
【数４】
という希望車速を目標車速として制御するモデルと一致するように構成するものとする。
【００２４】
なお、本実施の形態では、他車両は横方向の運動を行なわないと仮定しているので、ｙ１、ｙ２は一定値をとったまま変化しないと仮定する。
【００２５】
図３の例の場合、車両１には先行車が存在しないので、（４）式のモデルを割り当てる。車両２に関しては、自車０が右車線の車両２の前方に車線変更した場合には自車０が先行車となるが、そうでない場合には先行車が存在しない。そこで、車両２の縦方向モデルは（３）式のｘｐとｖｐに、横方向変数ｙ０を用いて
【００２６】
【数５】
【００２７】
【数６】
【００２８】
【数７】
という式で定義される（仮想的な）先行車をあてはめることで構成する。
【００２９】
自車の横方向の運動には、車線変更に伴う運動と車線変更を伴わない車線内での運動の二通りの運動を考えることができる。物理的な横方向の移動という点ではどちらも変わらないが、運転者にとっての意味は大きく異なる場合がある。従って、運転者に推奨操作を提示する場合には、車線変更を伴う操作か、そうでないかを明確に区別した方が分かりやすい情報提示になる。そこで、物理的な横方向座標であるｙ０（以下、物理変数と表記）とは別に、自車０が走行すべき車線を示す車線変数Ｙ０を新たに導入する。車線変数Ｙ０は、図３に示したように、−１から１までの値をとる実数として定義され、Ｙ０＝−１で左車線、Ｙ０＝１で右車線での走行という意味を与える。
【００３０】
ｙ０とＹ０には、両方に指令値とダイナミクスを以下のように割り当てる。
【００３１】
【数８】
【００３２】
【数９】
ここで、ｕｙとＵＹは、それぞれ物理変数ｙ０と車線変数Ｙ０に対する指令値、ωとΩはそれぞれ物理変数ｙ０と車線変数Ｙ０の変化する速さを決める適当な正のパラメータである。
【００３３】
以上より、周囲車両挙動予測手段３ａは、縦方向の加減速の指令値であるｕｘ、横方向の走行位置の指令値であるｕｙ、走行すべき車線の指令値であるＵｙの三つの入力変数から、センサで測定可能な（１）式で表されるベクトルＸの各要素と車線変数Ｙ０の予測計算を行なう式として定義された。
【００３４】
次に、評価関数の構成方法について説明する。
評価関数は、現在から一定時間未来までの車両群の状態と自車０に対する操作を評価する関数として次式のように定義される。
【００３５】
【数１０】
ただし、ｔは現在の時刻、Ｔは予測時間の長さを表す。
【００３６】
関数Ｌは、運転者の操作に対する評価基準を表現した評価式であり、その具体的な構成として、ここでは、縦方向運動評価項３ｂ−２と、周囲車両評価項３ｂ−１と、車線変更評価項３ｂ−３と、横方向位置評価項３ｂ−４の四つの項を考える。
【００３７】
縦方向運動評価項３ｂ−２は、自車０の加減速をなるべく小さくするという要請を表現する評価式で構成される。具体的には、
【００３８】
【数１１】
という式を利用することができる。
【００３９】
周囲車両評価項３ｂ−１は、自車０と周囲車両との相対的な運動状態を評価する項である。ここではさらに、周囲車両の評価として以下に説明するような二種類の評価を考える。
【００４０】
一つは、同一車線上を走行した場合に認識されるリスクを表現した評価項であり、各車線ごとに定義されるリスクを足し合わせることで構成される。
【００４１】
車線ごとのリスクは該当する車線上を走行する先行車および後続車との相対的な運動状態によって定義する。例えば、先行車までの車間時間（車間距離／速度）の逆数をリスクを表す指標として利用することができる。図３の例の場合、車両１に対するリスクとして
【００４２】
【数１２】
を用いることができる。あるいは、先行車との相対速度をリスクとしてより重視したい場合には、先行車までの衝突時間（車間距離／相対速度）をベースとした以下のような指標を用いることもできる。
【００４３】
【数１３】
ただし、λ、λ０は適当な正の定数である。
【００４４】
図３の例の場合、左車線には車両１だけしか走行していないので、左車線のリスクＬＬ（Ｘ）は、
【００４５】
【数１４】
として表現することができる。
【００４６】
右車線の車両についても、構成方法は同様である。車間時間をベースとした指標を用いる場合、
【００４７】
【数１５】
というリスクが定義され、衝突時間をベースとした指標を用いる場合には、
【００４８】
【数１６】
というリスクが定義される。以上に定義したリスクのいずれかを用いて、右車線のリスクＬＲ（Ｘ）を、
【００４９】
【数１７】
として表現する。左車線のリスクＬＬ（Ｘ）と右車線のリスクＬＲ（Ｘ）を、車線変数Ｙ０を用いて結合することによって、道路全体のリスクを定義する。左車線のリスクＬＬ（Ｘ）と右車線のリスクＬＲ（Ｘ）を結合するために、次式で定義される左接続関数ｃＬ（Ｙ０）と右接続関数ｃＲ（Ｙ０）を導入する。
【００５０】
【数１８】
【００５１】
【数１９】
以上で定義された左接続関数ｃＬ（Ｙ０）と右接続関数ｃＲ（Ｙ０）を用いて、左右両車線にまたがる同一車線上の車両に対するリスクを評価する式として、
【００５２】
【数２０】
を構成する。
【００５３】
周囲車両評価項３ｂ−１のもう一つの要素として、主に隣接車線を走行する車両に対して認識されるリスクを表現した評価項を導入する。隣接車線を走行する車両に対しては、同一車線上の車両と違って、必ずしも縦方向の車間距離が小さいだけではリスクとして認識される度合いは小さいが、横方向の車間距離も小さくなった場合にはリスクとして認識される。そのようなリスク感覚を表現する一つの方法として、次式で表されるような評価式を導入する。
【００５４】
【数２１】
【００５５】
【数２２】
ここで、λｙ、ｒは、評価項の形状に関係する正のパラメータである。（２１）式は、自車０と車両ｉとの相対位置が（２２）式で定義される楕円領域の内部に含まれるようになると、評価値が計上されるようになり、二つの車両の距離が接近すれば接近するほど、評価値が大きくなるような関数となっている。楕円領域を適切に設計することにより、縦方向と横方向のリスク感覚を近似的に表現できる。以上で定義されたｌｉをすべての検出車両に関して足し合わせることで、評価項を構成する。すなわち、
【００５６】
【数２３】
を周囲車両評価項３ｂ−１として構成する。
【００５７】
車線変更評価項３ｂ−３としては、ここでは、車線変数Ｙ０と車線変数Ｙ０に対する指令値Ｕｙとの偏差を評価する項を導入し、車線変更する（車線変数Ｙ０を切り替える）操作自体に評価関数上のコストが計上される構成とし、安易な車線変更を抑制する。具体的には、例えば、
【００５８】
【数２４】
という評価項で実現する。
【００５９】
横方向位置評価項３ｂ−４としては、車線変数Ｙ０によって示される自車０が走行すべき車線位置と物理的な横方向の位置とを比較し、物理的な横方向の位置が車線変数Ｙ０によって示される目標位置に可能な限り追従するような評価項を設定する。例えば、左車線の目標位置ｙＬを、右車線の目標位置をｙＲに設定した場合、次式のような評価項を構成することが考えられる。
【００６０】
【数２５】
以上のように導入した四つの評価項３ｂ−１〜３ｂ−４それぞれに対して重み付け係数９をかけて足し合わせた式を全体の評価式Ｌ（τ）として構成する。すなわち、
【００６１】
【数２６】
を評価式とする。ここで、ｗＸ、ｗＳ、ｗＹ、ｗｙは、各項に対する重み付け係数９である。以上のような評価関数を構成するのが、評価関数構成手段３ｂの処理内容である。
【００６２】
以上のように、周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数を構成すると、推奨操作量を求める問題は、最適制御問題に帰着することができるので、効率的に最適解を探索する最適制御の理論を利用することができる。例えば、文献１：加藤寛一郎著 工学的最適制御 非線形へのアプローチ、文献２：Ｔ． Ｏｈｔｓｕｋａ， ’’Ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ／ＧＭＲＥＳ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆａｓｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｅｃｅｄｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ” Ｐｒｏｃ． ３９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ｐｐ．７６６−７７１， ２０００． などに具体的な計算方法が示されている。推奨操作量演算手段３ｃは、そのような方法を用いて推奨操作量の演算を実行する処理ブロックである。算出された推奨操作量は、表示装置４に転送されて運転者に提示される。
【００６３】
図４に、図３の場面における推奨操作量生成の例を示す。
最初に加速して、車両２との車間距離を広げてから、車線変数Ｙ０に対する指令値ＵＹが−１から１に切り替わる。車線変数Ｙ０の切り替わりに追従するように物理変数ｙ０に対する指令値ｕｙがｙＬからｙＲまで連続的に変化していき、左車線から右車線に車線変更する解が得られている。また、右車線に車線変更し、車両１に接近するにつれて、車線中央寄りを走行している車両１との距離を広げるために、物理変数ｙ０に対する指令値ｕｙが車線中央を表す座標ｙＲよりも右側に出力されるようになっている。
【００６４】
まとめとして、全体としての処理の流れを図５のフローチャートに沿って説明する。
ステップ１では、周囲車両検出手段６の周囲センサ１ａ〜１ｄ、および自車状態検出手段５のセンサ信号を読み込む。この時点で各車の速度および自車０と周囲車両との相対的な位置を算出し、（１）式のようなベクトルＸが算出される。
【００６５】
ステップ２では、自車０の走行車線位置を認識して、車線変数（３ａ−３）Ｙ０の現在値を確定する。
【００６６】
ステップ３では、自車０の運動に関係する縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、および車線変数３ａ−３に対する予測モデル８（自車モデル）が生成される。具体的には（２）、（８）、（９）式がメモリー上に読み出される。
【００６７】
ステップ４では、検出車両１台ごとに、他車モデル（他車変数３ａ−４に対する予測モデル８）が生成される。具体的には、（３）、（４）式のモデルが適当に割り当てられたパラメータとともにメモリー上に生成される。
【００６８】
ステップ５では、（２６）式に示したような評価式Ｌ（τ）が構成され、メモリー上に生成される。
【００６９】
ステップ６では、ステップ１から５で設定された周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数で定義される最適化問題を、推奨操作量演算手段３ｃにより、適当な最適解算出手法を用いて解き、推奨操作量を生成する。
【００７０】
ステップ７では、生成された推奨操作量を表示装置４に転送して処理を終了する。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態では、自車の周囲物体を検出する周囲物体検出手段（周囲車両検出手段６）と、自車の状態を検出する自車状態検出手段５と、自車の周囲を走行する周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段３ａと、自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段３ｂと、周囲車両挙動予測手段３ａの出力と評価関数構成手段３ｂの出力とから自車にとって望ましい縦方向の操作量の時系列信号と横方向の操作量の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段３ｃとを備え、周囲車両挙動予測手段３ａは、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数３ａ−１と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数３ａ−２と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数３ａ−３と、周囲車両の運動を表現する他車変数３ａ−４と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデル８とを有し、評価関数構成手段３ｂは、自車と周囲物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲物体評価項（周囲車両評価項３ｂ−１）と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項３ｂ−２と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項３ｂ−３と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項３ｂ−４の、少なくとも四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数９とを有することを特徴とする。
【００７２】
このような第一の実施の形態にあっては、自車が走行すべき車線を表す車線変数３ａ−３と、自車が走行すべき物理的な位置を表す横方向物理変数３ａ−２の二つの変数によって自車の横方向の運動を記述する構成となっているので、物理的な位置関係だけでは正しく評価できないリスクを、車線の存在も考慮することで正しく評価できるようになり、周囲車両と適正な空間的余裕を保てるような推奨操作量を生成することができる。例えば、同一車線上の車両と過度に接近している場合には、車線変更を推奨するような推奨操作量が生成される一方で、同じ位置および速度の関係にある車両でも走行している車線が異なる場合には、車線変更ではなく同一車線内で接近車両とは反対方向へ移動することを推奨するような推奨操作量を生成することができる。
【００７３】
また、評価関数構成手段３ｂは、車線変数３ａ−３によって示される自車の走行すべき車線と、該当する車線における標準的な走行位置の物理的な横方向位置を対応づける車線位置関数を備え、横方向位置評価項３ｂ−４は、自車の物理的な横方向の位置と車線位置関数によって算出される横方向の位置の目標値との偏差を含むことを特徴とする。
【００７４】
このため第一の実施の形態にあっては、車線変数３ａ−３によって物理的な横方向の位置の目標値が定められ、目標値へ追従するための指令が評価関数を通して算出される構成となっているので、単に車線変更を推奨するだけでなく、車線変数３ａ−３で示される車線へと移動するための具体的な操作量を算出することができる。また、車線変更する場面において、評価関数の関数形を調整することで車線変数３ａ−３が切り替わる速度に対する物理的な横方向の指令値が切り替わる速度を調整することができるので、車線変更の判断を遅らせることなく、ゆっくりとした操舵を指示する推奨操作量を生成することができる。
《第二の実施の形態》
本発明の第二の実施の形態を図６から図１０の図面に基づいて説明する。
図６は、本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第二の実施の形態の一配置図である。
装置の基本的な構成は第一の実施の形態と同じであるが、目標走行位置調整手段（目標走行位置調整ダイヤル）１０が新たに加えられている点が第一の実施の形態とは異なっている。目標走行位置調整手段１０は、中立位置を示す目盛を中心に左右に回転させることができるダイヤルであり、推奨操作量演算における横方向の目標位置の微調整を行なう。
【００７５】
演算部３におけるマイクロコンピュータのソフトウェア形態を表す図を図７に示す。
以下、図８に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロック３ａ〜３ｃの具体的な構成方法を説明する。
【００７６】
図８は、片側二車線の直線道路を自車０、大型トラック１、乗用車２の３台が走行している場面である。また、これら３台の移動車両（周囲車両）とは別に、左車線の左端付近に路上障害物３が存在しているものとする。図８の場面において、自車０は左車線を走行する大型トラック１よりも速い速度で走行しており、車間距離が縮まってきている。右車線の前方には自車０よりも速い速度で走行する乗用車２が走行している。大型トラック１は、路上障害物３に対する回避操作を行なった結果、走行位置が左車線の中央からは右側に寄っている。乗用車２は、ほぼ車線の中央を走行している。簡単のため、大型トラック１と乗用車２は、車線変更を行なわないものと仮定する。また、路上障害物３は、動かない静止障害物であることも仮定する。
【００７７】
座標系は図８に示したように第一の実施の形態と同様にとるものとする。
このとき、第一の実施の形態と同様にして、センサ１ａ〜１ｄから得られた全ての周囲車両（移動している車両）情報７を、次式のようなベクトルの形でまとめることができる。
【００７８】
【数２７】
また、路上障害物３の情報も、次式のように、ベクトルの形でまとめることができる。
【００７９】
【数２８】
周囲車両挙動予測手段３ａの構成は、第一の実施の形態とまったく同様であり、自車に（２）、（８）、（９）式が、他車に（３）式が割り当てられる。路上障害物３については移動しないものと仮定しているので、予測式は割り当てられない。（２８）式は定数ベクトルとして扱われる。
【００８０】
評価関数構成手段３ｂについては、第一の実施の形態で説明した、縦方向運動評価項３ｂ−２、周囲車両評価項３ｂ−１、車線変更評価項３ｂ−３、横方向位置評価項３ｂ−４に、障害物評価項３ｂ−５が加わる。この内、縦方向運動評価項３ｂ−２と車線変更評価項３ｂ−３については、第一の実施の形態とまったく同じ評価項で表現されるので、説明を省略する。
【００８１】
周囲車両評価項３ｂ−１については、基本的な評価式の式形自体は、第一の実施の形態と同じ式を用いているが、本実施の形態においては、重み割り当て手段３ｂ−７によって、車種によって異なる重み付け係数９を割り当てる構成としている。
【００８２】
同一車線上の大型トラックおよび乗用車に対する重み付け係数９をそれぞれ、ｗ１、ｗ２として、同一車線上車両に対する評価項を
【００８３】
【数２９】
と構成する。ただし、Ｌ１（ＸＶ）は（１２）あるいは（１３）式、Ｌ２（ＸＶ）は（１５）あるいは（１６）式で定義される評価式とする。
【００８４】
（２２）式で定義される楕円領域内部における大型トラックおよび乗用車に対する重み付け係数をそれぞれ、ｗ１′、ｗ２′として、楕円領域内部の車両に対する評価項を
【００８５】
【数３０】
と構成する。ただし、ｌ１（ｘ０，ｖ０，ｙ０，ｘ１，ｖ１，ｙ１）、ｌ２（ｘ０，ｖ０，ｙ０，ｘ２，ｖ２，ｙ２）は（２１）、（２２）式で定義される評価式とする。
【００８６】
大型トラックに対する重み付け係数ｗ１、ｗ１′を、乗用車に対する重み付け係数ｗ２、ｗ２′よりも大きく設定することにより、大型トラックへの接近に対してより慎重な推奨操作量を生成することができる。このように、車種によって異なる重み付け係数を割り当てる処理を行なうのが、重み割り当て手段３ｂ−７の処理内容である。
【００８７】
横方向位置評価項３ｂ−４に関しては、第一の実施の形態と同じ（２５）式を用いることも可能であるが、ここでは、別の評価項の構成方法を示す。車線変数Ｙ０と物理変数ｙ０の目標値を対応させる目標位置関数（目標値関数）ｙ０ ＊（Ｙ０）を導入する。その具体形としては、例えば
【００８８】
【数３１】
という関数を利用することができる。ここで、εは目標走行位置調整手段１０によって決められる可調整パラメータである。目標走行位置調整手段１０が中立位置に設定されたときは、ε＝０が設定され、右方向に設定された場合には、ε＞０、左方向に設定された場合には、ε＜０となるように値が設定される。この目標位置関数ｙ０ ＊（Ｙ０）を利用すると、横方向位置評価項３ｂ−４として、
【００８９】
【数３２】
を構成することができる。ここで、ｎは適当な自然数であり、値を大きくすればするほど、評価式の勾配が急になって、車線変数Ｙ０の変化に対する物理変数ｙ０への指令値ｕｙの追従が速くなり、物理的な横方向の運動の速さを調節することができる。
【００９０】
障害物評価項３ｂ−５は、自車０と路上障害物３との相対的な位置を評価する項である。自車０と路上障害物３との距離が接近すればするほど評価を悪くするという点では、移動車両に対する評価と同じであるので、（２１）、（２２）式と同様の式を利用して評価項を構成することができる。ここでは、
【００９１】
【数３３】
【００９２】
【数３４】
と評価項を構成する。ただし、ｗｏは、路上障害物３に対する重み付けパラメータ、λｏ ｙ、ｒｏは評価値算出の必要性を判別する楕円領域の形状を決める正のパラメータである。重み付けパラメータｗｏは、重み割り当て手段３ｂ−７によって、路上障害物３の種類によってその値が割り当てられる。例えば、カラーコーンのような小さな物体に対しては相対的に小さな値を割り当てる一方で、故障車両のような大きな物体に対しては大きな値を割り当てるようにすれば、より運転者の感覚に合致する推奨操作量を生成することができる。
【００９３】
以上に挙げた五つの評価項を足し合わせた式を全体の評価式Ｌ（τ）として構成する。すなわち、
【００９４】
【数３５】
を評価式とする。なお、（３５）式で重み付け係数がつけられていない評価項には、その定義式の部分に重み付け係数が含まれている。以上のような評価関数を構成するのが、評価関数構成手段３ｂの処理内容である。
【００９５】
推奨操作量演算手段３ｃの処理内容、および算出された推奨操作量が、表示装置４に転送されて運転者に提示される部分の処理も第一の実施の形態と同じである。
【００９６】
図９に図８の場面における推奨操作量生成の例を示す。
目標走行位置調整手段１０は、中心位置よりもやや右寄りに設定されていたものとする。最初に、路上障害物３を回避するために、右方向への運動を指示する物理変数に対する指令値ｕｙが生成される。路上障害物３を回避した後は、左方向へ戻す指令値となるが、乗用車２が前方へと離れていったところで、今度は車線変数に対する指令値ＵＹが−１から１に切り替わり、車線変数の切り替わりに追従するように物理変数に対する指令値ｕｙが右車線へと連続的に変化していく。大型トラック１に対する評価項（２１）式と目標走行位置調整手段１０を右寄りに設定した効果により、右車線の中央位置であるｙＲよりもさらに右側まで進むことを指示する指令値が生成されている。
【００９７】
まとめとして、全体としての処理の流れを図１０のフローチャートに沿って説明する。
ステップ１では、周囲センサ１ａ〜１ｄおよび自車状態検出手段５のセンサ信号を読み込む。この時点で各車の速度および自車０と周囲車両、および路上障害物３との相対的な位置を算出し、（２７）式のような変数ベクトルＸＶと、（２８）式のような定数ベクトルＸｏが算出される。
【００９８】
ステップ２では、自車０の走行車線位置を認識して、車線変数Ｙ０の現在値を確定する。
【００９９】
ステップ３では、自車０の運動に関係する縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、および車線変数３ａ−３に対する予測モデル８（自車モデル）が生成される。具体的には（２）、（８）、（９）式がメモリー上に読み出される。
【０１００】
ステップ４では、検出車両１台ごとに、他車モデル（他車変数３ａ−４に対する予測モデル８）が生成される。具体的には、（３）、（４）式のモデルが適当に割り当てられたパラメータとともにメモリー上に生成される。
【０１０１】
ステップ５では、重み割り当て手段３ｂ−７によって、各車両に対する重み付け係数９の値が割り当てられ、（２９）、（３０）式のように周囲車両評価項３ｂ−１が構成される。
【０１０２】
ステップ６では、重み割り当て手段３ｂ−７によって、検出した各路上障害物３に対する重み付け係数９の値が割り当てられ、（３３）式のような障害物評価項３ｂ−５が構成される。
【０１０３】
ステップ７では、目標走行位置調整手段１０の設定値が読み込まれ、（３１）式のような目標位置関数３ｂ−６（ｙ０ ＊（Ｙ０））の設定が行なわれ、（３２）式のような横方向位置評価項（走行位置評価項）３ｂ−４が構成される。
【０１０４】
ステップ８では、縦方向運動評価項３ｂ−２と車線変更評価項３ｂ−３が構成され、ステップ５〜７で構成された各評価項と合わせて、（３５）式に示したような評価式Ｌ（τ）が構成される。
【０１０５】
ステップ９では、推奨操作量演算手段３ｃにより、ステップ１から８で設定された周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数で定義される最適化問題を適当な最適解算出手法を用いて解き、推奨操作量を生成する。
【０１０６】
ステップ１０では、生成された推奨操作量を表示装置４に転送して処理を終了する。
【０１０７】
以上説明したように、本実施の形態では、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された周囲車両に対する周囲車両評価項３ｂ−１への重み付け係数９を、周囲車両の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする。
【０１０８】
このように第二の実施の形態にあっては、車両の種類によって異なる重み付け係数９を割り当てるので、車両の種類によって異なる空間的な余裕を確保するような推奨操作量が得られるようになり、より運転者の感覚に合致した推奨操作量を提示することができる。
【０１０９】
また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された周囲車両以外の障害物を特定し、各障害物と自車との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項３ｂ−１をすべての検出障害物に関して足し合わせた障害物評価項を備えることを特徴とする。
【０１１０】
このため、移動車両以外の物体も評価の対象に加えているので、駐車車両のような静止障害物を検出した場合に、常に車線変更を伴う回避操作を算出するのではなく、可能であれば車線変更を行なうことなく車線内での走行位置の調整だけで回避を行なう操作を算出できるようになるので、必要以上に大きな操作を推奨しないようにすることができる。
【０１１１】
また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された各障害物に対する周囲車両評価項３ｂ−１への重み付け係数９を、障害物の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする。
【０１１２】
従って、障害物の種類によって異なる重み付け係数９を割り当てるので、障害物の種類によって異なる空間的な余裕を確保するような推奨操作量が得られるようになり、より運転者の感覚に合致した推奨操作量を提示することができる。
【０１１３】
また、車線内の走行位置を調整する目標走行位置調整手段１０を備え、目標走行位置調整手段１０の設定によって目標位置関数の形状を変形することを特徴とする。
【０１１４】
このような構成により、運転者の車線内での走行位置に関する好みを簡単な方法で調整する方法を提供することになるので、より運転者の意向を反映した推奨操作量を算出することができる。
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の車両用推奨操作量生成装置の一配置図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における演算部のソフトウェアブロックを示す図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示した図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態の処理のフローチャートを示した図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の一配置図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態における演算部のソフトウェアブロックを示す図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示した図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態の処理のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１ａ…前方レーダー
１ｂ…画像センサ
１ｃ…後方レーダー
１ｄ…側方センサ
２…車速センサ
３…演算部
３ａ…周囲車両挙動予測手段
３ａ−１…縦方向物理変数
３ａ−２…横方向物理変数
３ａ−３…車線変数
３ａ−４…他車変数
３ｂ…評価関数構成手段
３ｂ−１…周囲車両評価項
３ｂ−２…縦方向運動評価項
３ｂ−３…車線変更評価項
３ｂ−４…横方向位置評価項
３ｃ…推奨操作量演算手段
４…表示装置
５…自車状態検出手段
６…周囲車両検出手段
７…周囲車両情報
８…予測モデル
９…重み付け係数
１０…目標走行位置調整手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された車両用推奨操作量生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開平１０−２１１８８６号。
【０００３】
上記特許文献では、自車の周囲を走行する周囲車両との相対運動状態に基づいて潜在的危険度（リスクポテンシャル）という関数を定義して、該リスクポテンシャルが大きくなるような方向への操舵を抑制するように補助操舵トルクを加え、運転者に周囲環境のリスクの大きさを認識させる装置に関する発明が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献では、リスクの大きい操作の抑制を目的とした装置であり、リスクが小さくなるような運転操作を何らかの方法で算出し、算出された情報を運転者に何らかの手段で伝達することによって、運転者にリスクの小さい運転を積極的に促すことは想定されておらず、周囲車両との相対運動状態だけからリスクポテンシャルを算出しており、道路上に規定された車線を考慮したものになっていない。従って、障害物回避のアシストといった機能は十分に発揮できるものの、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対しては十分なアシスト機能を発揮できないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対して十分なアシスト機能を発揮できる車両用推奨操作量生成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】
上記課題を解決するため、本発明は、周囲物体検出手段と、自車状態検出手段と、周囲車両挙動予測手段と、自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、自車にとって望ましい縦方向の操作量の時系列信号と横方向の操作量の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段とを備え、周囲車両挙動予測手段は、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数と、周囲車両の運動を表現する他車変数と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデルとを有し、評価関数構成手段は、自車と物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲物体評価項と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項の四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数とを有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、車線維持や車線変更といった車線が関係する操作に対して十分なアシスト機能を発揮できる車両用推奨操作量生成装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
《第一の実施の形態》
本発明の第一の実施の形態を図１から図５までの図面に基づいて説明する。
図１は本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第一の実施の形態の一配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは、車両前面に取り付けられ、自車両前方に位置する複数の車両の位置を測定する。画像センサ１ｂも、車両前面の適当な位置にとりつけられ、前方レーダーの測定情報を補完するとともに、道路上に引かれた車線を検出する。後方レーダー１ｃは、車両背面に取り付けられ、自車両後方に位置する複数の車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは、左右の車両側面に一個ずつ取り付けられ、前方レーダー１ａと後方レーダー１ｃの死角となる車両側方に位置する車両の位置を検出する。なお、側方センサ１ｄとしては、レーダーを用いることもできるが、超音波センサや画像センサを用いることができる。
【０００９】
車速センサ２は、ロータリーエンコーダーをホイールに取り付けることで実現できる。ホイールの回転速度に応じた周期のパルス列を出力し、車速の計測値を得る。
【００１０】
演算部３は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、各センサからの信号を内蔵メモリに記録されたプログラムに従って処理し、計算結果を表示装置に送る。
【００１１】
表示装置４は、液晶画面などの表示用ディスプレイおよび該ディスプレイに表示する画像を描画するためのマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、演算部３から送られてきた信号を内蔵メモリに記録された描画プログラムに従って処理し、画像をディスプレイに描画することで運転者に情報を提示する。
【００１２】
演算部３は、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示すブロック３ａ〜３ｃを構成する。
【００１３】
図２において、３ａは周囲車両挙動予測手段、３ｂは評価関数構成手段、３ｃは推奨操作量演算手段、５は車速センサ２と車線検出器としての画像センサ１ｂにより構成される自車状態検出手段、６は周囲センサ１ａ〜１ｄにより構成される周囲車両検出手段、７は周囲車両情報である。周囲車両挙動予測手段３ａは、縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、車線変数３ａ−３、他車変数３ａ−４を有する。また、各変数３ａ−１〜３ａ−４はそれぞれ、各変数３ａ−１〜３ａ−４の時間的な変化を予測する予測モデル８を有する。また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両評価項３ｂ−１、縦方向運動評価項３ｂ−２、車線変更評価項（車線変更抑制項）３ｂ−３、横方向位置評価項３ｂ−４を有する。また、各評価項３ｂ−１〜３ｂ−４はそれぞれ、各評価項３ｂ−１〜３ｂ−４の重要度を反映する重み付け係数（図では、「重み」とのみ記載）９を有する。
【００１４】
以下、図３に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロック３ａ〜３ｃの具体的な構成方法を説明する。
【００１５】
図３は、片側二車線の直線道路を自車（図に示すように、自車０と定義）と２台の他車両（車両１、車両２と定義）が走行している場面である。
図３の場面において、自車０は、左車線を走行する車両１よりも速い速度で走行しており、車間距離が縮まってきている。右車線の後方には、自車とほぼ同じ速度で走行する車両２が存在している。また、車両１は、左車線の道路中央寄りの位置を走行しており、自車０と車両２はほぼ車線の中央付近を走行しているものとする。簡単のため、車両１と車両２は車線変更を行なわないものと仮定する。
【００１６】
ここでは、道路の進行方向に沿ってｘ座標をとり、各車両のｘ座標の値を表す変数をｘｉと表記する。ここで、ｉは０から２までの値をとり、車両を区別するインデックスである。また、道路の進行方向とは垂直にｙ座標をとり、各車両のｙ座標の値を表す変数をｙｉと表記する。左車線と右車線の中央位置のｙ座標をそれぞれ、ｙＬ、ｙＲと表記する。
【００１７】
周囲センサ１ａ〜１ｄからは、周囲車両と自車０との相対的な位置および相対的な速度を得ることができる。従って、座標系の原点を適当に定めれば、自車および各車のｘ座標およびｙ座標の値を具体的に確定することができる。また、周囲センサ１ｂから得られた車線に関する情報を利用することによって、また、車速センサ２からは自車０の縦方向の絶対速度を得ることができるので、自車速に各車の相対速度を加算することで、各車の絶対速度を得ることができる。以上より、センサ１ａ〜１ｄ、２から得られた全ての周囲車両情報７を次のようなベクトルの形でまとめることができる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
周囲車両挙動予測手段３ａは、次のように構成される。
自車の位置ｘ０および速度ｖ０は、自車の縦方向の物理的な運動を表現する変数となっている。これらの変数の挙動を予測する縦方向モデルとして、次のようなモデルを導入する。
【００２０】
【数２】
【００２１】
同様に、他車の位置ｘｉおよび速度ｖｉ（ｉ＝１，２）は、他車の縦方向の物理的な運動を表現する変数である。これらの変数の挙動を予測する他車モデルとして、次のようなモデルを導入する。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
なお、本実施の形態では、他車両は横方向の運動を行なわないと仮定しているので、ｙ１、ｙ２は一定値をとったまま変化しないと仮定する。
【００２５】
図３の例の場合、車両１には先行車が存在しないので、（４）式のモデルを割り当てる。車両２に関しては、自車０が右車線の車両２の前方に車線変更した場合には自車０が先行車となるが、そうでない場合には先行車が存在しない。そこで、車両２の縦方向モデルは（３）式のｘｐとｖｐに、横方向変数ｙ０を用いて
【００２６】
【数５】
【数６】
【数７】
【００２９】
自車の横方向の運動には、車線変更に伴う運動と車線変更を伴わない車線内での運動の二通りの運動を考えることができる。物理的な横方向の移動という点ではどちらも変わらないが、運転者にとっての意味は大きく異なる場合がある。従って、運転者に推奨操作を提示する場合には、車線変更を伴う操作か、そうでないかを明確に区別した方が分かりやすい情報提示になる。そこで、物理的な横方向座標であるｙ０（以下、物理変数と表記）とは別に、自車０が走行すべき車線を示す車線変数Ｙ０を新たに導入する。車線変数Ｙ０は、図３に示したように、−１から１までの値をとる実数として定義され、Ｙ０＝−１で左車線、Ｙ０＝１で右車線での走行という意味を与える。
【００３０】
ｙ０とＹ０には、両方に指令値とダイナミクスを以下のように割り当てる。
【００３１】
【数８】
【数９】
【００３３】
以上より、周囲車両挙動予測手段３ａは、縦方向の加減速の指令値であるｕｘ、横方向の走行位置の指令値であるｕｙ、走行すべき車線の指令値であるＵｙの三つの入力変数から、センサで測定可能な（１）式で表されるベクトルＸの各要素と車線変数Ｙ０の予測計算を行なう式として定義された。
【００３４】
次に、評価関数の構成方法について説明する。
評価関数は、現在から一定時間未来までの車両群の状態と自車０に対する操作を評価する関数として次式のように定義される。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
関数Ｌは、運転者の操作に対する評価基準を表現した評価式であり、その具体的な構成として、ここでは、縦方向運動評価項３ｂ−２と、周囲車両評価項３ｂ−１と、車線変更評価項３ｂ−３と、横方向位置評価項３ｂ−４の四つの項を考える。
【００３７】
縦方向運動評価項３ｂ−２は、自車０の加減速をなるべく小さくするという要請を表現する評価式で構成される。具体的には、
【００３８】
【数１１】
【００３９】
周囲車両評価項３ｂ−１は、自車０と周囲車両との相対的な運動状態を評価する項である。ここではさらに、周囲車両の評価として以下に説明するような二種類の評価を考える。
【００４０】
一つは、同一車線上を走行した場合に認識されるリスクを表現した評価項であり、各車線ごとに定義されるリスクを足し合わせることで構成される。
【００４１】
車線ごとのリスクは該当する車線上を走行する先行車および後続車との相対的な運動状態によって定義する。例えば、先行車までの車間時間（車間距離／速度）の逆数をリスクを表す指標として利用することができる。図３の例の場合、車両１に対するリスクとして
【００４２】
【数１２】
【００４３】
【数１３】
【００４４】
図３の例の場合、左車線には車両１だけしか走行していないので、左車線のリスクＬＬ（Ｘ）は、
【００４５】
【数１４】
【００４６】
右車線の車両についても、構成方法は同様である。車間時間をベースとした指標を用いる場合、
【００４７】
【数１５】
【００４８】
【数１６】
【００４９】
【数１７】
【００５０】
【数１８】
【数１９】
【００５２】
【数２０】
【００５３】
周囲車両評価項３ｂ−１のもう一つの要素として、主に隣接車線を走行する車両に対して認識されるリスクを表現した評価項を導入する。隣接車線を走行する車両に対しては、同一車線上の車両と違って、必ずしも縦方向の車間距離が小さいだけではリスクとして認識される度合いは小さいが、横方向の車間距離も小さくなった場合にはリスクとして認識される。そのようなリスク感覚を表現する一つの方法として、次式で表されるような評価式を導入する。
【００５４】
【数２１】
【数２２】
【００５６】
【数２３】
【００５７】
車線変更評価項３ｂ−３としては、ここでは、車線変数Ｙ０と車線変数Ｙ０に対する指令値Ｕｙとの偏差を評価する項を導入し、車線変更する（車線変数Ｙ０を切り替える）操作自体に評価関数上のコストが計上される構成とし、安易な車線変更を抑制する。具体的には、例えば、
【００５８】
【数２４】
【００５９】
横方向位置評価項３ｂ−４としては、車線変数Ｙ０によって示される自車０が走行すべき車線位置と物理的な横方向の位置とを比較し、物理的な横方向の位置が車線変数Ｙ０によって示される目標位置に可能な限り追従するような評価項を設定する。例えば、左車線の目標位置ｙＬを、右車線の目標位置をｙＲに設定した場合、次式のような評価項を構成することが考えられる。
【００６０】
【数２５】
【００６１】
【数２６】
【００６２】
以上のように、周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数を構成すると、推奨操作量を求める問題は、最適制御問題に帰着することができるので、効率的に最適解を探索する最適制御の理論を利用することができる。例えば、文献１：加藤寛一郎著 工学的最適制御 非線形へのアプローチ、文献２：Ｔ． Ｏｈｔｓｕｋａ， ’’Ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ／ＧＭＲＥＳ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆａｓｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｅｃｅｄｉｎｇ ｈｏｒｉｚｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ” Ｐｒｏｃ． ３９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ｐｐ．７６６−７７１， ２０００． などに具体的な計算方法が示されている。推奨操作量演算手段３ｃは、そのような方法を用いて推奨操作量の演算を実行する処理ブロックである。算出された推奨操作量は、表示装置４に転送されて運転者に提示される。
【００６３】
図４に、図３の場面における推奨操作量生成の例を示す。
最初に加速して、車両２との車間距離を広げてから、車線変数Ｙ０に対する指令値ＵＹが−１から１に切り替わる。車線変数Ｙ０の切り替わりに追従するように物理変数ｙ０に対する指令値ｕｙがｙＬからｙＲまで連続的に変化していき、左車線から右車線に車線変更する解が得られている。また、右車線に車線変更し、車両１に接近するにつれて、車線中央寄りを走行している車両１との距離を広げるために、物理変数ｙ０に対する指令値ｕｙが車線中央を表す座標ｙＲよりも右側に出力されるようになっている。
【００６４】
まとめとして、全体としての処理の流れを図５のフローチャートに沿って説明する。
ステップ１では、周囲車両検出手段６の周囲センサ１ａ〜１ｄ、および自車状態検出手段５のセンサ信号を読み込む。この時点で各車の速度および自車０と周囲車両との相対的な位置を算出し、（１）式のようなベクトルＸが算出される。
【００６５】
ステップ２では、自車０の走行車線位置を認識して、車線変数（３ａ−３）Ｙ０の現在値を確定する。
【００６６】
ステップ３では、自車０の運動に関係する縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、および車線変数３ａ−３に対する予測モデル８（自車モデル）が生成される。具体的には（２）、（８）、（９）式がメモリー上に読み出される。
【００６７】
ステップ４では、検出車両１台ごとに、他車モデル（他車変数３ａ−４に対する予測モデル８）が生成される。具体的には、（３）、（４）式のモデルが適当に割り当てられたパラメータとともにメモリー上に生成される。
【００６８】
ステップ５では、（２６）式に示したような評価式Ｌ（τ）が構成され、メモリー上に生成される。
【００６９】
ステップ６では、ステップ１から５で設定された周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数で定義される最適化問題を、推奨操作量演算手段３ｃにより、適当な最適解算出手法を用いて解き、推奨操作量を生成する。
【００７０】
ステップ７では、生成された推奨操作量を表示装置４に転送して処理を終了する。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態では、自車の周囲物体を検出する周囲物体検出手段（周囲車両検出手段６）と、自車の状態を検出する自車状態検出手段５と、自車の周囲を走行する周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段３ａと、自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段３ｂと、周囲車両挙動予測手段３ａの出力と評価関数構成手段３ｂの出力とから自車にとって望ましい縦方向の操作量の時系列信号と横方向の操作量の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段３ｃとを備え、周囲車両挙動予測手段３ａは、自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数３ａ−１と、自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数３ａ−２と、自車が走行すべき車線を指し示す車線変数３ａ−３と、周囲車両の運動を表現する他車変数３ａ−４と、各変数の時間的な変化を予測する予測モデル８とを有し、評価関数構成手段３ｂは、自車と周囲物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲物体評価項（周囲車両評価項３ｂ−１）と、自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項３ｂ−２と、自車の車線変更を評価する車線変更評価項３ｂ−３と、自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項３ｂ−４の、少なくとも四つの項と、各評価項の重要度を反映する重み付け係数９とを有することを特徴とする。
【００７２】
このような第一の実施の形態にあっては、自車が走行すべき車線を表す車線変数３ａ−３と、自車が走行すべき物理的な位置を表す横方向物理変数３ａ−２の二つの変数によって自車の横方向の運動を記述する構成となっているので、物理的な位置関係だけでは正しく評価できないリスクを、車線の存在も考慮することで正しく評価できるようになり、周囲車両と適正な空間的余裕を保てるような推奨操作量を生成することができる。例えば、同一車線上の車両と過度に接近している場合には、車線変更を推奨するような推奨操作量が生成される一方で、同じ位置および速度の関係にある車両でも走行している車線が異なる場合には、車線変更ではなく同一車線内で接近車両とは反対方向へ移動することを推奨するような推奨操作量を生成することができる。
【００７３】
また、評価関数構成手段３ｂは、車線変数３ａ−３によって示される自車の走行すべき車線と、該当する車線における標準的な走行位置の物理的な横方向位置を対応づける車線位置関数を備え、横方向位置評価項３ｂ−４は、自車の物理的な横方向の位置と車線位置関数によって算出される横方向の位置の目標値との偏差を含むことを特徴とする。
【００７４】
このため第一の実施の形態にあっては、車線変数３ａ−３によって物理的な横方向の位置の目標値が定められ、目標値へ追従するための指令が評価関数を通して算出される構成となっているので、単に車線変更を推奨するだけでなく、車線変数３ａ−３で示される車線へと移動するための具体的な操作量を算出することができる。また、車線変更する場面において、評価関数の関数形を調整することで車線変数３ａ−３が切り替わる速度に対する物理的な横方向の指令値が切り替わる速度を調整することができるので、車線変更の判断を遅らせることなく、ゆっくりとした操舵を指示する推奨操作量を生成することができる。
《第二の実施の形態》
本発明の第二の実施の形態を図６から図１０の図面に基づいて説明する。
図６は、本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第二の実施の形態の一配置図である。
装置の基本的な構成は第一の実施の形態と同じであるが、目標走行位置調整手段（目標走行位置調整ダイヤル）１０が新たに加えられている点が第一の実施の形態とは異なっている。目標走行位置調整手段１０は、中立位置を示す目盛を中心に左右に回転させることができるダイヤルであり、推奨操作量演算における横方向の目標位置の微調整を行なう。
【００７５】
演算部３におけるマイクロコンピュータのソフトウェア形態を表す図を図７に示す。
以下、図８に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロック３ａ〜３ｃの具体的な構成方法を説明する。
【００７６】
図８は、片側二車線の直線道路を自車０、大型トラック１、乗用車２の３台が走行している場面である。また、これら３台の移動車両（周囲車両）とは別に、左車線の左端付近に路上障害物３が存在しているものとする。図８の場面において、自車０は左車線を走行する大型トラック１よりも速い速度で走行しており、車間距離が縮まってきている。右車線の前方には自車０よりも速い速度で走行する乗用車２が走行している。大型トラック１は、路上障害物３に対する回避操作を行なった結果、走行位置が左車線の中央からは右側に寄っている。乗用車２は、ほぼ車線の中央を走行している。簡単のため、大型トラック１と乗用車２は、車線変更を行なわないものと仮定する。また、路上障害物３は、動かない静止障害物であることも仮定する。
【００７７】
座標系は図８に示したように第一の実施の形態と同様にとるものとする。
このとき、第一の実施の形態と同様にして、センサ１ａ〜１ｄから得られた全ての周囲車両（移動している車両）情報７を、次式のようなベクトルの形でまとめることができる。
【００７８】
【数２７】
【００７９】
【数２８】
【００８０】
評価関数構成手段３ｂについては、第一の実施の形態で説明した、縦方向運動評価項３ｂ−２、周囲車両評価項３ｂ−１、車線変更評価項３ｂ−３、横方向位置評価項３ｂ−４に、障害物評価項３ｂ−５が加わる。この内、縦方向運動評価項３ｂ−２と車線変更評価項３ｂ−３については、第一の実施の形態とまったく同じ評価項で表現されるので、説明を省略する。
【００８１】
周囲車両評価項３ｂ−１については、基本的な評価式の式形自体は、第一の実施の形態と同じ式を用いているが、本実施の形態においては、重み割り当て手段３ｂ−７によって、車種によって異なる重み付け係数９を割り当てる構成としている。
【００８２】
同一車線上の大型トラックおよび乗用車に対する重み付け係数９をそれぞれ、ｗ１、ｗ２として、同一車線上車両に対する評価項を
【００８３】
【数２９】
【００８４】
（２２）式で定義される楕円領域内部における大型トラックおよび乗用車に対する重み付け係数をそれぞれ、ｗ１′、ｗ２′として、楕円領域内部の車両に対する評価項を
【００８５】
【数３０】
【００８６】
大型トラックに対する重み付け係数ｗ１、ｗ１′を、乗用車に対する重み付け係数ｗ２、ｗ２′よりも大きく設定することにより、大型トラックへの接近に対してより慎重な推奨操作量を生成することができる。このように、車種によって異なる重み付け係数を割り当てる処理を行なうのが、重み割り当て手段３ｂ−７の処理内容である。
【００８７】
横方向位置評価項３ｂ−４に関しては、第一の実施の形態と同じ（２５）式を用いることも可能であるが、ここでは、別の評価項の構成方法を示す。車線変数Ｙ０と物理変数ｙ０の目標値を対応させる目標位置関数（目標値関数）ｙ０ ＊（Ｙ０）を導入する。その具体形としては、例えば
【００８８】
【数３１】
【００８９】
【数３２】
【００９０】
障害物評価項３ｂ−５は、自車０と路上障害物３との相対的な位置を評価する項である。自車０と路上障害物３との距離が接近すればするほど評価を悪くするという点では、移動車両に対する評価と同じであるので、（２１）、（２２）式と同様の式を利用して評価項を構成することができる。ここでは、
【００９１】
【数３３】
【数３４】
【００９３】
以上に挙げた五つの評価項を足し合わせた式を全体の評価式Ｌ（τ）として構成する。すなわち、
【００９４】
【数３５】
【００９５】
推奨操作量演算手段３ｃの処理内容、および算出された推奨操作量が、表示装置４に転送されて運転者に提示される部分の処理も第一の実施の形態と同じである。
【００９６】
図９に図８の場面における推奨操作量生成の例を示す。
目標走行位置調整手段１０は、中心位置よりもやや右寄りに設定されていたものとする。最初に、路上障害物３を回避するために、右方向への運動を指示する物理変数に対する指令値ｕｙが生成される。路上障害物３を回避した後は、左方向へ戻す指令値となるが、乗用車２が前方へと離れていったところで、今度は車線変数に対する指令値ＵＹが−１から１に切り替わり、車線変数の切り替わりに追従するように物理変数に対する指令値ｕｙが右車線へと連続的に変化していく。大型トラック１に対する評価項（２１）式と目標走行位置調整手段１０を右寄りに設定した効果により、右車線の中央位置であるｙＲよりもさらに右側まで進むことを指示する指令値が生成されている。
【００９７】
まとめとして、全体としての処理の流れを図１０のフローチャートに沿って説明する。
ステップ１では、周囲センサ１ａ〜１ｄおよび自車状態検出手段５のセンサ信号を読み込む。この時点で各車の速度および自車０と周囲車両、および路上障害物３との相対的な位置を算出し、（２７）式のような変数ベクトルＸＶと、（２８）式のような定数ベクトルＸｏが算出される。
【００９８】
ステップ２では、自車０の走行車線位置を認識して、車線変数Ｙ０の現在値を確定する。
【００９９】
ステップ３では、自車０の運動に関係する縦方向物理変数３ａ−１、横方向物理変数３ａ−２、および車線変数３ａ−３に対する予測モデル８（自車モデル）が生成される。具体的には（２）、（８）、（９）式がメモリー上に読み出される。
【０１００】
ステップ４では、検出車両１台ごとに、他車モデル（他車変数３ａ−４に対する予測モデル８）が生成される。具体的には、（３）、（４）式のモデルが適当に割り当てられたパラメータとともにメモリー上に生成される。
【０１０１】
ステップ５では、重み割り当て手段３ｂ−７によって、各車両に対する重み付け係数９の値が割り当てられ、（２９）、（３０）式のように周囲車両評価項３ｂ−１が構成される。
【０１０２】
ステップ６では、重み割り当て手段３ｂ−７によって、検出した各路上障害物３に対する重み付け係数９の値が割り当てられ、（３３）式のような障害物評価項３ｂ−５が構成される。
【０１０３】
ステップ７では、目標走行位置調整手段１０の設定値が読み込まれ、（３１）式のような目標位置関数３ｂ−６（ｙ０ ＊（Ｙ０））の設定が行なわれ、（３２）式のような横方向位置評価項（走行位置評価項）３ｂ−４が構成される。
【０１０４】
ステップ８では、縦方向運動評価項３ｂ−２と車線変更評価項３ｂ−３が構成され、ステップ５〜７で構成された各評価項と合わせて、（３５）式に示したような評価式Ｌ（τ）が構成される。
【０１０５】
ステップ９では、推奨操作量演算手段３ｃにより、ステップ１から８で設定された周囲車両挙動予測手段３ａと評価関数で定義される最適化問題を適当な最適解算出手法を用いて解き、推奨操作量を生成する。
【０１０６】
ステップ１０では、生成された推奨操作量を表示装置４に転送して処理を終了する。
【０１０７】
以上説明したように、本実施の形態では、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された周囲車両に対する周囲車両評価項３ｂ−１への重み付け係数９を、周囲車両の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする。
【０１０８】
このように第二の実施の形態にあっては、車両の種類によって異なる重み付け係数９を割り当てるので、車両の種類によって異なる空間的な余裕を確保するような推奨操作量が得られるようになり、より運転者の感覚に合致した推奨操作量を提示することができる。
【０１０９】
また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された周囲車両以外の障害物を特定し、各障害物と自車との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項３ｂ−１をすべての検出障害物に関して足し合わせた障害物評価項を備えることを特徴とする。
【０１１０】
このため、移動車両以外の物体も評価の対象に加えているので、駐車車両のような静止障害物を検出した場合に、常に車線変更を伴う回避操作を算出するのではなく、可能であれば車線変更を行なうことなく車線内での走行位置の調整だけで回避を行なう操作を算出できるようになるので、必要以上に大きな操作を推奨しないようにすることができる。
【０１１１】
また、評価関数構成手段３ｂは、周囲車両検出手段６で検出された各障害物に対する周囲車両評価項３ｂ−１への重み付け係数９を、障害物の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする。
【０１１２】
従って、障害物の種類によって異なる重み付け係数９を割り当てるので、障害物の種類によって異なる空間的な余裕を確保するような推奨操作量が得られるようになり、より運転者の感覚に合致した推奨操作量を提示することができる。
【０１１３】
また、車線内の走行位置を調整する目標走行位置調整手段１０を備え、目標走行位置調整手段１０の設定によって目標位置関数の形状を変形することを特徴とする。
【０１１４】
このような構成により、運転者の車線内での走行位置に関する好みを簡単な方法で調整する方法を提供することになるので、より運転者の意向を反映した推奨操作量を算出することができる。
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の車両用推奨操作量生成装置の一配置図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における演算部のソフトウェアブロックを示す図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示した図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態の処理のフローチャートを示した図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態の一配置図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態における演算部のソフトウェアブロックを示す図である。
【図８】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示した図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態の処理のフローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１ａ…前方レーダー
１ｂ…画像センサ
１ｃ…後方レーダー
１ｄ…側方センサ
２…車速センサ
３…演算部
３ａ…周囲車両挙動予測手段
３ａ−１…縦方向物理変数
３ａ−２…横方向物理変数
３ａ−３…車線変数
３ａ−４…他車変数
３ｂ…評価関数構成手段
３ｂ−１…周囲車両評価項
３ｂ−２…縦方向運動評価項
３ｂ−３…車線変更評価項
３ｂ−４…横方向位置評価項
３ｃ…推奨操作量演算手段
４…表示装置
５…自車状態検出手段
６…周囲車両検出手段
７…周囲車両情報
８…予測モデル
９…重み付け係数
１０…目標走行位置調整手段
Claims (6)
- 自車の周囲物体を検出する周囲物体検出手段と、
前記自車の状態を検出する自車状態検出手段と、
前記自車の周囲を走行する周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段と、
前記自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、
前記周囲車両挙動予測手段の出力と前記評価関数構成手段の出力とから前記自車にとって望ましい縦方向の操作量の時系列信号と横方向の操作量の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段と、
を備えた車両用推奨操作量生成装置であって、
前記周囲車両挙動予測手段は、
前記自車の縦方向の物理的な運動を表現する縦方向物理変数と、
前記自車の横方向の物理的な運動を表現する横方向物理変数と、
前記自車が走行すべき車線を指し示す車線変数と、
前記周囲車両の運動を表現する他車変数と、
各変数の時間的な変化を予測する予測モデルとを有し、
前記評価関数構成手段は、
前記自車と前記周囲物体との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲物体評価項と、
前記自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項と、
前記自車の車線変更を評価する車線変更評価項と、
前記自車の横方向の走行位置を評価する横方向位置評価項の、少なくとも四つの項と、
前記各評価項の重要度を反映する重み付け係数とを有することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。 - 請求項１記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記車線変数によって示される前記自車の走行すべき車線と、
該当する車線における標準的な走行位置の物理的な横方向位置を対応づける車線位置関数を備え、
前記横方向位置評価項は、
前記自車の物理的な横方向の位置と前記車線位置関数によって算出される横方向の位置の目標値との偏差を含むことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。 - 請求項１または２記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記周囲物体検出手段で検出された前記周囲車両に対する前記周囲物体評価項への前記重み付け係数を、前記周囲車両の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。 - 請求項１ないし３のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記周囲物体検出手段で検出された前記周囲車両以外の障害物を特定し、
各障害物と前記自車との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する前記周囲物体評価項をすべての検出障害物に関して足し合わせた障害物評価項を備えることを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。 - 請求項４記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記周囲物体検出手段で検出された各障害物に対する前記周囲物体評価項への前記重み付け係数を、障害物の種類に応じて異なる値に設定することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。 - 請求項２ないし５のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置において、
車線内の走行位置を調整する目標走行位置調整手段を備え、
前記目標走行位置調整手段の設定によって目標位置関数の形状を変形することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
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