JP2005038325A - 車線変更支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自車状態検出手段2と、周囲車両検出手段1と、車線検出手段7と合流終端設定手段3bと、周囲車両挙動予測手段3cと、自車が合流終端に到達するまでの操作量時系列を一つ以上生成する自車操作量設定手段3dと、自車操作量設定手段3dで生成された各操作量時系列を実行した場合に、適切な車線変更が行なえるか、行なえるとしたら車線変更先の車線上を走行する周囲車両間のギャップの中で、どのギャップに車線変更できるのかを判定する操作量判定手段3fと、操作量判定手段3fで求められた自車の操作と車線変更可能なギャップの対応関係を運転者に伝達する支援情報提示手段4とを備えている。
【選択図】 図2
Description
下記特許文献1では、車線変更先の前方および後方にある物体に対する距離と相対速度とに基づいて、車線変更の可否を判定する。そして、車線変更が可能であると判定された場合には、あらかじめ用意された運転動作モデルに従って走行支援信号を生成することで、運転者の車線変更操作を支援する装置に関する発明が開示されている。
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11までの図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第一の実施の形態の車線変更支援装置(車両用合流支援装置)を構成するのに必要な一配置図である。
図1において、前方レーダー1aは自車(自車両)10の前面に取り付けられ、自車10の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も自車10の前面の適当な位置に取り付けられ、前方レーダー1a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は自車10の背面に取り付けられ、自車10の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は自車10の左右の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の死角となる自車10の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。
車速センサ2a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、自車10の車速の計測値を得る。
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、前方レーダー1a、画像センサ1b、後方レーダー1c、側方センサ1d、車速センサ2a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4aに送る。
表示装置4aは液晶画面などの表示用ディスプレイおよび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。また、あらかじめ記録された音声データを再生することで、運転者に対して音声による案内を行なう機能も備えているものとする。
GPS信号受信ユニット5はGPS信号を受信することによって自車10の現在位置を算出し、地図情報データベース6に格納された情報と照合することで自車10の走行路を特定する。
図2は本実施の形態における車線変更支援装置の機能別ブロックの構成を示す図である。
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、すなわち、車線変更必要性判定手段3a、合流終端設定手段3b、周囲車両挙動予測手段3c、自車操作量設定手段3d、目標速度設定手段3e、操作量判定手段3fを構成する。また、図2に示すように、車速センサ2aにより自車状態検出手段2が、前方レーダー1a、画像センサ1b、後方レーダー1c、側方センサ1dの周囲センサにより周囲車両検出手段1が、車線検出器としての画像センサ1bにより車線検出手段7が、表示装置4aにより支援情報提示手段4が構成されている。図2の演算部3において、3gは周囲環境情報を示す。
図3は一車線の本線12に合流車線13が接続している道路区間において、合流車線13を自車10が走行しており、本線12を2台の他車(周囲車両)11aと他車11bが走行している場面を示している。道路の進行方向に沿ってx軸をとり(座標原点は任意の地点に設定できる)、自車10、他車11a、他車11bの座標をそれぞれx0、x1、x2で表現する。また、各車の進行方向に沿った速度をそれぞれv0、v1、v2で表現する。合流車線13は、前方で途切れて本線12に合流しており、合流車は合流車線13が途切れる前に本線12への合流を完了させなければならないものとする。なお、本線12上を走行する他車11a、他車11bが合流車線13に車線変更してくるようなことは通常考えられないので、他車11a、他車11bは本線12上を走り続けるものとする。
座標系の原点を適当に定めることによりx0の値を定めれば、周囲車両検出手段1を構成する周囲センサ1a〜1dから得られる自車10と他車11a、11bとの相対的な位置関係より、x1、x2の値を得ることができる。また、自車状態検出手段2を構成する車速センサ2aからの情報により自車10の速度v0が得られるので、周囲センサ1a〜1dから得られる他車11a、11bとの相対速度に自車10の速度v0を足すことで、他車11a、11bの速度v1、v2の値も得ることができる。なお、他車11a、11bが本線12上を走行する車両であるということは車線検出手段7を構成する画像センサ1bから得られる白線情報を利用することで識別することができる。以上、周囲センサ1a〜1d、車速センサ2aの測定信号はすべて演算部3へと伝達され、上記で説明したような処理を施すことにより、x0、x1、x2、v0、v1、v2の値が定まる。これらの情報が周囲環境情報3gとしてまとめて保持される。
GPS信号受信ユニット5と地図情報データベース6によって、自車10の現在位置と走行路を特定することができれば、自車10の前方に合流地点が存在し、現在走行している車線が本線12に合流して消滅していることを検知することができる。車線変更必要性判定手段3aはそのような車線の消滅を検知した場合に、車線変更の必要性が生じたものと認識し、その場合には合流終端設定手段3bの処理が呼び出され、合流地点の手前の適当な地点に合流終端xend(図3)を生成する。合流終端xendは必ずしも物理的に合流路が狭くなり始めたり消滅していたりする地点である必要はなく、適切な合流が実現できる範囲内で任意に設定することができる。
図3のような場面で自車10の合流を考えた場合、合流の方法は大きく分けて3通り存在する。すなわち、(1)他車11aの前方に合流、(2)他車11aと他車11bの間に合流、(3)他車11bの後方に合流、の3通りである。どの合流方法が妥当であるかを判定するための指標として、ここでは各車両が合流終端xendへ到達するまでの時間の予測値である合流終端到達時間を用いる。合流車線13を走行している合流車両(ここでは自車10)と本線12を走行している本線車両(ここでは他車11a、11b)の合流終端到達時間が接近している場合、合流車両と本線車両が合流終端xend付近で並走状態になって、適切な合流操作がとれなくなる事態が予想される。従って、合流車両と本線車両の合流終端到達時間が極力離れるように合流操作を計画する必要がある。なお、図3における道路は必ずしも合流終端xendでのみ合流可能な構造となっているわけではなく、合流終端xendの手前で合流することもできる。しかし、ここでは簡単のため、合流終端xendでの評価を中心にロジックを組んでいる。合流可能性の判定において適当な判定余裕を設定すれば、合流終端xendよりも手前の地点で合流可能な状態が出現することは当然予想され、もしそのような状態が実際に実現した場合には運転者の判断で合流を実行すればよいので、運転支援システムを構築する上では、このような単純化は大きな問題とはならない。
本線車両がともに一定速度で走行しているという仮定を置いた場合、本線車両の合流終端到達時間は次式に従って算出される。
本線車両の速度が加速傾向あるいは減速傾向にあることが検出されるなど一定速度走行という仮定が成立しない場面では、適当な補正を加えることが考えられる。以上のように、本線12を走行する各車両の合流終端到達時間を算出する処理が周囲車両挙動予測手段3cの処理の内容である。
自車操作量設定手段3dでは、自車10が合流終端xendに到達するまでに取り得る操作量の時系列(以下、操作量時系列と記す)を適当な手段を用いて生成する。操作量の生成方法には様々な方法があるが、ここでは合流終端xendにおける目標速度と合流終端時間の二つの条件を与えることにより、それらの条件を満たすような操作量を構成する具体的な方法を、以下、図4から図8までの図面を用いて説明する。
図4は本実施の形態における自車操作量設定手段3dで生成される操作量時系列の一例を示す図、図5、図6は操作量時系列の別の一例を示す図である。図4はDTE=s0の場合で、a*={v*−v0(0)}/TTE*、s0=〔{v*+v0(0)}/2〕・TTE*である。図5はDTE>s0、DTE=s0+s+の場合で、a*={v*−v0(0)}/tf、s+={(TTE*−tf)・(v*−v0(0))}/2である。図6はDTE<s0、DTE=s0−s−の場合である。
ここでは、条件として与えられる合流終端xendにおける目標速度をv*、目標合流終端到達時間をTTE*と表記する。問題は、現在からTTE*時間後に合流終端xendに到達し、かつ合流終端xendにおいて速度がv*となるような操作量時系列を求めることである。
自車10が一般的な合流操作で使用する加速度の範囲をamin≦a≦amaxと設定して、合流パターンをこの範囲内で生成することにする。また、実際の車両の運動においては、加速度のパターンは各車両のエンジン、駆動系の特性によって多様な波形を描くことになるが、計算の単純化のために、ここでは車両の加速度パターンを等加速度運動で近似的に構成するものとする。
最初に、図5に示したように、等加速度運動でv0からv*まで加速して、加速が終了した時点で合流終端xendに到達するという場面が考えられる。そのような状況が起こるのは、合流終端xendまでの距離をDTE=xend−x0(0)とした場合、
次に、図7に示すような、次式の条件が成立する状況を考える。図7は本実施の形態における合流終端到達時間と合流可能ギャップとの対応関係の例を示す図である。
以上のような処理を一つ以上の目標速度v*、目標合流終端到達時間TTE*のペアに対して繰り返し適用して、自車10の操作量時系列を生成していくことが自車操作量設定手段3dの処理内容である。目標速度v*は目標速度設定手段3eにおいて設定される。以下、その処理の内容について説明する。
操作量判定手段3fは、自車操作量設定手段3dで生成された操作量に対してその操作量を実行した場合に、本線12のどのギャップ(車線変更先の車線上を走行する車両群が形成する車両間の間隙)に合流可能になるかを判定する。判定の基準として、周囲車両挙動予測手段3cで算出された本線車両の合流終端到達時間を利用する。先にも述べたとおり、合流車両が本線車両と合流終端xend付近で交錯することなく適切に合流を実現するためには、合流車両と本線車両の合流終端到達時間が離れていなければならない。図3のような場面では、自車10の合流終端到達時間が、TTE1、TTE2と近すぎないような値になるように操作を調整しなければならない。本線車両との交錯抑制の基準として、合流車両と本線車両の合流終端到達時間がΔT以上離れていなければならない、という要請を設定したとすると、自車10の合流終端到達時間の判定基準として図7に示すようなものを考えることができる。
本実施の形態における自車操作量設定手段3dは合流終端到達時間を指定した上で操作量を生成しているので、図7の基準を用いると操作量と合流可能なギャップとを直接関連付けることができる。生成された操作量時系列の中で重要なのは現在の操作量a*(0)である。そこで、現在の操作量a*(0)と合流可能なギャップとの対応関係を求めることを考えると、自車操作量設定手段3dの処理を繰り返し適用することによって、図8に示すように合流終端到達時間と合流可能ギャップとの対応関係を、現在の操作量a*(0)と合流可能ギャップとの対応関係に変換することができる。図8は、他車11aの前方、他車11aと他車11bの間、他車11bの後方へ合流するための合流終端到達時間の範囲がそれぞれ、0≦TTE*≦TTE1−ΔT、TTE1+ΔT≦TTE*≦TTE2−ΔT、TTE*≧TTE2+ΔTのように算出されたとして、各領域の端点に対して自車操作量設定手段3dの処理を適用して対応する操作量時系列の初期値を求めることによって、上記の合流終端到達時間の三つの範囲が操作量軸上にそれぞれ、a1f≦a*(0)≦amax、a2f≦a*(0)≦a1b、amin≦a*(0)≦a2bのように写像された様子を示している。このような写像を行なうことにより、操作量の現在値と適正な合流挙動との関係が明確になり、現在の操作量水準から予測される適正な合流ギャップを特定することや、逆に目標とする合流ギャップを決めた場合に合流するために必要な現在の操作量を知ることができる。以上のようにして、自車10の操作量と合流可能なギャップとの対応関係を求めることが操作量判定手段3fの処理の内容である。
操作量判定手段3fで得られた図8のような対応関係を運転者にわかりやすい形に加工して伝達するのが支援情報提示手段4の役割となる。例えば、現在の運転者の操作量を基準として、最も小さい操作量の変更で合流できるギャップを指示するという機能を実現するためには、現在の自車10の加速度を操作量判定手段3fで生成された操作量軸上で評価することになる。図9にその具体例を示す。図9は本実施の形態における支援情報提示手段4の処理の一例を示す図である。現在の自車10の加速度a(0)が、各ギャップの適正合流操作量の範囲内に属している場合には、対応するギャップへの合流をそのまま指示する内容の情報を提示すればよいことになる。現在の自車10の加速度が本線車両との交錯が予想される範囲内にある場合には、最も小さな操作量の補正で適正合流操作の範囲に到達できるものを求め、対応するギャップへの合流を指示するとともに、加速度の増加もしくは緩和を指示する情報も同時に示す必要が出てくる。従って、図9の例の場合、以下に示すような7通りの情報提示のパターンがあり得ることになる。
(1)amin≦a(0)≦a2b ⇒ 他車11bの後方への合流を指示。
(2)a2b<a(0)≦a2m ⇒ 他車11bの後方への合流と加速の緩和を指示。
(3)a2m<a(0)<a2f ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流と加速の増加を指示。
(4)a2f≦a(0)≦a1b ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流を指示。
(5)a1b<a(0)≦a1m ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流と加速の緩和を指示。
(6)a1m<a(0)<a1f ⇒ 他車11aの前方への合流と加速の増加を指示。
(7)a1f≦a(0)≦amax ⇒ 他車11aの前方への合流を指示。
ただし、a2mとa1mはそれぞれ区間|a2b a2f|、|a1b a1f|の中間に設定される判定境界値であり、例えばa2m=(a2b+a2f)/2、a1m=(a1b+a1f)/2のように設定することができる。
図10は本実施の形態における支援情報提示手段4の情報提示方法の一例を示す図である。例えば、現在の自車10の加速度が上記の分類における(5)に該当した場合、図10に示したように、運転席に設置された表示装置4aのディスプレイ上に他車11aと他車11bの間を示すマーカーを表示するとともに、音声で加速の緩和と他車11aと他車11bの間への合流を指示することになる。
なお、自車10の加速度の情報に関しては、加速度センサによって直接測定する方法のほかに、自車10の速度データを微分フィルタに通して推定する方法や、スロットル開度、エンジン回転数、変速比等のエンジン、駆動系の情報を利用することで推定する方法などを利用することができる。
ステップ1では、周囲車両検出手段1および車線検出手段7を構成する各センサからの情報を読み込んで、本線12上を走行する本線車両の相対位置、相対速度に関する情報を得る。
ステップ2では、自車状態検出手段2を構成する車速センサ2aからの情報を読み込んで、自車10の速度に関する情報を得る。
ステップ3では、GPS信号受信ユニット5で受信したGPS信号と地図情報データベース6のデータを照合することによって自車10の現在位置、走行路を確定し、前方に合流地点が存在しているか否かを判定する。合流地点が存在しない場合には、支援情報の提示は不要なので処理を終了する。合流地点が検出された場合にはステップ4に進む。
ステップ4では、合流地点の手前の適当な場所に合流終端xendを設定する。
ステップ5では、本線12上を走行する本線車両の速度に基づいて、自車10が合流終端xendに到達した時点における目標速度v*を設定する。例えば(16)式あるいは(17)式のような計算式を用いて目標速度v*を算出する。
ステップ6では、本線12上を走行する各本線車両について、合流終端到達時間TTE1、TTE2等の予測を行なう。例えば(1)式に基づいて予測時間の計算を行なう。
ステップ7では、本線車両の合流終端到達時間を基に、本線車両と交錯せずに合流することが可能な自車10の合流終端到達時間の範囲を設定する。例えば、図7のように合流終端到達時間の範囲を設定する。
ステップ8では、ステップ7で求められた合流終端到達時間の範囲のうち、合流可能な範囲と交錯が懸念される範囲の境界となっている点を一つ選択する。
ステップ9では、ステップ8で設定された合流終端到達時間とステップ5で設定された目標速度v*を条件として自車操作量設定手段3dの処理を実行し、指定された合流終端到達時間と目標速度v*の条件を満たすような自車10の操作量時系列を算出する。さらに算出された操作量時系列の初期値と合流終端到達時間とが関連付けられて、例えば図8の下段に示されるような対応関係が構成される。
ステップ10では、合流終端到達時間軸上のすべての境界点について操作量時系列が生成されたか否かを判定して、まだチェックしていない境界点がある場合にはステップ8に戻り、すべての境界点について操作量時系列を生成した場合にはステップ11に進む。
ステップ11では、ステップ9で生成された操作量時系列の初期値と合流終端到達時間との対応関係を参照することによって、自車10の現在の操作量から予想される合流挙動を予想し、どのような支援情報を提示すべきかを決定する。例えば、図9に示すようなルールに従って支援情報の内容を決定する。
ステップ12では、ステップ11で決定された支援情報の内容に基づいて支援情報提示手段4を通して運転者に支援のための情報を提示する。例えば図10に示したように画面表示と音声案内を併用する形で情報の提供を行なう。
このように合流終端設定手段3bが合流を完了すべき地点を設定する構成となっているので、自車10が現在の走行車線に留まり続けることができない場面においても、その事を考慮した上で車線変更を支援するための情報を生成、提示することができる。また、操作量判定手段3fにおいて、車線変更可能なギャップと自車10の操作量を直接関連付ける形で判定を行なっているので、車線変更すべきギャップという大局的で直感的に理解しやすい目標を提示することができ、細かな指令値に逐次運転者を追従させることなく、円滑な合流操作の実現を支援することができる。なお、上記特許文献2に開示されている発明では、所定の地点に到達する前に車線変更を完了しなければならない場面の一つである合流エリアにおいて、合流車線の運転者に対して速度案内情報を指示することで円滑な合流操作を実現できるよう支援していた。しかしながら、支援情報の算出を車載器ではなく道路側に設置された処理装置で行なうことを想定しているため、道路構造的に車線変更を強いられるような場面にしか適用できないという問題点があった。これに対して、本実施の形態の構成では必ずしも道路側に設置された設備を必要としていないので、道路構造的に車線変更が必要となる地点以外でも動作させることが可能であり、より広い場面で車線変更を支援することができる。
また、自車10が合流終端に到達するまでに達成すべき目標速度を設定する目標速度設定手段3eを備え、自車操作量設定手段3dは、目標速度設定手段3eにおいて指定された目標速度を合流終端において満たすような操作量時系列を生成するという構成になっている。このように自車10が合流終端に到達するときの速度を考慮しているので、例えば高速道路のインターチェンジにおける誘導路のように本線に合流するまでに大きく加速することが必要とされるような場面においても、合流終端に到達するまでに移動先車線を走行するのに十分な速度まで加速する現実的な操作量時系列を生成することができる。
また、自車操作量設定手段3dは、目標速度設定手段3eで指定された目標速度と同時に、指定された合流終端到達時間も満たすように操作量時系列を生成し、操作量判定手段3fにおいて、判定の対象となる操作量の候補を合流終端到達時間の形で指定するという構成になっている。このように自車10の合流終端到達時間を自車操作量設定手段3dの入力にする構成としているので、自車10の操作量と車線変更すべきギャップを、合流終端到達時間を介して直接的に関連づけることができるので、支援情報を見通しよく構成することができる。
また、目標速度設定手段3eは、車線変更先の車線上を走行する周囲車両の速度を考慮して目標速度を設定するという構成になっている。このように移動先車線の車両の速度を考慮して目標速度を設定するようになっており、自車の速度と移動先車線の車両の速度との間に速度差がある場合でも、車線変更するまでに速度差を補償するような現実的な操作量時系列を生成することができる。
また、車線変更の必要性と移動先の車線を自律的に判定する車線変更必要性判定手段3aを備え、車線変更が必要と判定されている間、移動先の車線への車線変更についての支援情報の算出、表示を行なうという構成になっている。このように運転者の指示を待つことなく自律的に車線変更の必要性を判定して支援情報の提供を始めるようになっているので、運転者が車線変更の必要性に気づいていない状態でも、今後の道路状況を先取りする形で適切な運転操作を運転者に指示することができる。
また、車線変更必要性判定手段3aは、自車10の走行している車線が前方で隣接する車線に合流している場合に車線変更の必要性があると判定し、合流終端設定手段3bは、自車10の走行する車線が完全に消滅する地点よりも所定の距離だけ手前の地点に合流終端を設定するという構成になっている。このようにインターチェンジやサービスエリア等から高速道路本線への誘導路などの、道路の構造的に車線が減少している地点を自動的に検出して車線変更の必要性を判定するようになっているので、そのような地点に自車が接近している場合に適切な支援情報を提示することができる。
また、支援情報提示手段4は、車線変更先車線のギャップの中で、現在運転者のとっている操作量を基準として、もっとも小さな操作量の補正で適正な車線変更が可能になるギャップを運転者に伝達するという構成になっている。このように運転者が現在とっている操作量を考慮して、車線変更可能なギャップの中から特定のギャップを選択して伝達しているので、運転者の意志に沿った車線変更のパターンを推奨することができる。
また、支援情報提示手段4は、車線変更可能と判定されたギャップの中でもっとも前方のギャップを運転者に伝達するという構成になっている。このように車線変更可能なギャップの中からもっとも前方のギャップを示すことで、積極的に他車の前方へ出ようとする運転者の意向に沿った支援情報を示すことができる。
また、支援情報提示手段4は、車線変更が可能と判定されたギャップへの適正な車線変更を実現するために、自車10が現在よりも加速すべきなのか、あるいは減速すべきなのかについての情報も併せて伝達するという構成になっている。このように車線変更可能なギャップに加えて適正な車線変更のために必要な自車10の操作についても運転者に伝達することで、伝達される内容を運転者にとってより具体的でわかりやすいものにすることができる。
また、支援情報提示手段4は、周囲車両検出手段1からの信号をもとに周囲車両の配置を示す周囲地図をディスプレイ上に描画する周囲地図描画手段である地図情報データベース6を備え、表示された周囲地図上に伝達対象となっている車線変更が可能なギャップ、各ギャップに車線変更を行うために必要な加速の増加または緩和を示すマーカーの少なくとも一つを重ね書きすることで判定結果を運転者に伝達するという構成になっている。このように車線変更可能なギャップを自車周囲の状況を示す俯瞰図上に重ね書きすることで、支援情報を直感的でわかりやすい形で運転者に伝達することができる。
また、支援情報提示手段4は、車線変更が可能なギャップの中から一つのギャップを選択し、選択されたギャップおよびそのギャップに車線変更を行うために必要な操作を音声で案内することで判定結果を運転者に伝達するという構成になっている。このように音声を用いて支援情報を提示することで、運転者が視点を外界からそらすことなく支援情報を受け取ることができるので、視点をディスプレイなどの情報機器に移動する余裕のない運転者や状況下においても有効な支援を行なうことができる。
本発明の第二の実施の形態を図12から図16までの図面に基づいて説明する。
図12は本発明の第二の実施の形態の車線変更支援装置を構成するのに必要な一配置図である。基本的な構成要素は第一の実施の形態と同様であるが、第一の実施の形態の構成に加えて、道路交通情報を受信する道路交通情報受信ユニット8と、表示装置4aに表示内容を選択するダイヤル式のスイッチから構成される表示内容選択装置9が設けられている。
以下、図13に示すような道路状況における動作の例に基づいて、本実施の形態における車線変更支援装置の具体的な動作について説明する。
図13は片側ニ車線の道路を三台の車両が走行している場面を示している。自車10が右車線14を走行し、他車11a、他車11bが左車線15を走行している。右車線14の前方では工事等による車線規制16が行なわれており、自車10が右車線14を走行し続けることはできない状況になっている。
本実施の形態における演算部3の処理の内容は第一の実施の形態の内容とほとんど同一であり、図11に示したフローチャートに沿って処理が行なわれる。第一の実施の形態との相違点は、ステップ3における車線変更の必要性を判定する処理の部分において、道路交通情報受信ユニット8で受信した車線規制の情報も考慮した上で車線変更の必要性を判定する部分である。例えば、自車10と車線規制16が始まっている地点との距離が所定の距離(例えば500m)以内に接近し、かつ自車10が規制対象となっている車線を走行している場合に車線変更の必要性があると判定するようなロジックを構成する。
車線変更の必要性があると判定された場合には、ステップ4において車線規制16の始まる地点の手前に合流終端xendが設定される。
合流終端xendが設定された場合、車線規制16による車線変更の問題は、第一の実施の形態で示した合流の問題と数学的にはまったく同一の問題となるので、ステップ5からステップ11までは第一の実施の形態と同一の処理で構成することができる。
図14は本実施の形態における操作量判定手段(図2の3f参照)の処理結果の一例を示す図である。ステップ11までの処理の結果、図14のような対応関係が得られたとする。第一の実施の形態とは違って、他車11aへの前方に合流する領域は、目標加速度が上限値であるamaxを越えたために合流不可と判定された結果、消滅している。従って、この場合、現在の加速度は以下の6通りに分類されることになる。
(1)amin≦a(0)≦a3f ⇒ 他車11bの後方への合流と加速の増加を指示。
(2)a3f<a(0)≦a2b ⇒ 他車11bの後方への合流を指示。
(3)a2b<a(0)<a2m ⇒ 他車11bの後方への合流と加速の緩和を指示。
(4)a2m<a(0)<a2f ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流と加速の増加を指示。
(5)a2f≦a(0)≦a1b ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流を指示。
(6)a1b<a(0)≦amax ⇒ 他車11aと他車11bの間への合流と加速の緩和を指示。
第一の実施の形態においては、どのギャップに合流すべきかをシステムの側で判断してその結果を運転者に指示する構成をとっていた。しかし、運転者によっては必ずしもそのような形での支援情報の提示を望んでいない場合もあると考えられる。そこで、運転者自身が表示する情報を選択できるようにダイヤル式のスイッチから構成される表示内容選択装置9を設ける。
表示内容選択装置9のダイヤル式スイッチ17を描いた図を図15に示す。本実施の形態においてはスイッチ17によって選択できる項目は3項目あり、図15ではそれぞれRecommend(推奨)、All(すべて)、First(第一)という名称ラベルがつけられているとする。
スイッチをRecommendに設定した場合には、第一の実施の形態と同様、自車10の実際の加速度を上記の(1)〜(6)の基準に従って分類した結果がそのまま支援情報として提示される。
スイッチ17をAllに設定した場合には、自車10の実際の加速度とは無関係に車線変更可能なギャップすべてにマーカー表示が出て、運転者に車線変更が可能であることを知らせる。その際、自車10の実際の加速度と車線変更可能なギャップの必要加速度の値が比較され、加速の増加や緩和が必要な場合には、そのことを示す情報も提示される。
スイッチ17をFirstに設定した場合には、車線変更可能なギャップの中で最も前方にあるギャップにマーカー表示が出る。図14のような判定結果になった場合には、他車11aと他車11bの間にマーカーが表示されることになる。加速の増加や緩和が必要な場合には、そのことを示す情報も提示される。
現在の自車の加速度が上記の分類の領域(3)であった場合に、ダイヤル設定と表示される支援情報の例を図16に示す。
また、支援情報提示手段4は、伝達される車線変更が可能なギャップの種類を運転者があらかじめ任意に指定できる提示情報指定手段である表示内容選択装置9を備えている。このように車線変更可能なギャップの中から運転者に伝達される情報を運転者自身が選択できるような構成とすることで、各運転者にとって必要な情報だけを選択的に提示することができる。
本発明の第三の実施の形態を図17から図19の図面に基づいて説明する。
図17は本発明の第三の実施の形態の車線変更支援装置を構成するのに必要な一配置図である。第一の実施の形態の構成に加えて、運転者が指定した目的地までの走行経路の誘導を行なう地図情報データベースおよび経路誘導装置18と、アクセルペダル19の反力を調整する反力モーター20と、アクセルペダル角度センサ21が加えられている。
以下、図18に示すような道路状況における動作の例に基づいて、本実施の形態における車線変更支援装置の具体的な動作について説明する。
図18は片側三車線の道路を三台の車両が走行している場面を示している。自車10が中央車線22を走行し、他車11a、他車11bが左車線15を走行している。道路は前方でニ方向に分岐しており、左車線15と、中央車線22および右車線14で行き先が変わってくる。運転者が設定した目的地方面に向かうためには左車線15方向の分岐路へ進む必要があり、自車10は分岐点に到達する前に左車線15へ車線変更する必要がある場面となっている。
本実施の形態における演算部3の処理の内容は第一の実施の形態の内容とほとんど同一であり、図11に示したフローチャートに沿って処理が行なわれる。第一の実施の形態との相違点は、ステップ3における車線変更の必要性を判定する処理の部分において、設定された目的地までの誘導経路の情報も考慮した上で車線変更の必要性を判定する部分である。例えば、自車10が分岐点よりも所定の距離(例えば500m)より手前の位置を走行しており、かつ自車10が現在走行する車線では誘導経路として設定された方向へ進めない場合に車線変更の必要性があると判定するようなロジックを構成する。
車線変更の必要性があると判定された場合には、ステップ4において分岐点の手前に合流終端が設定される。合流終端が設定された場合、分岐点における車線変更の問題は、第一の実施の形態で示した合流の問題と数学的にはまったく同一の問題となるので、ステップ5からステップ11までは第一の実施の形態と同一の処理で構成することができる。
ステップ11までの処理の結果、第一の実施の形態と同様、図9のような対応関係が得られたとする。第一の実施の形態との違いは、支援情報の提示方法である。第一の実施の形態で説明したように、図9では全部で七通りの提示情報のパターンがある。この中で、加速の緩和を指示するパターンが二つある(パターン(2)と(5))。第三の実施の形態では、現在の加速度が加速の緩和を指示するような領域にあると判定された場合に、音声による案内だけでなく、アクセルペダル19の反力を増加させることで積極的に運転者に加速の緩和を働きかける点が特徴である。
アクセルペダル19の反力調整の方法を図19に基づいて説明する。図19では特に第一の実施の形態におけるパターン(2)を例に取り上げて説明を行なっている。この場合、パターン(1)との境界であるa(0)=a2bにおいて反力の増加量を0にして、パターン(3)との境界であるa(0)=a2mにおいて反力の増加量を最大値であるFmaxとする。中間領域における反力増加量ΔFは、例えば、
また、支援情報提示手段4は、アクセルペダル19にかかる反力を増減するアクセルペダル反力調整手段である反力モーター20を備えている。また、車線変更が可能なギャップの中から一つのギャップを選択し、選択されたギャップに車線変更を行うために加速の緩和が必要であるとの判定が得られた場合には、アクセルペダル19の反力を増加させるという構成になっている。このようにアクセルペダル19の反力を通して支援情報を提示することで、特に減速が必要な場面で適正な車線変更のための操作を運転者に対して積極的に促すことができるので、過剰な加速や速度の超過などに伴うリスクの大きい車線変更操作を抑止する効果を期待することができる。
本発明の第四の実施の形態を図20から図23までの図面に基づいて説明する。
図20は本発明の第四の実施の形態の車線変更支援装置を構成するのに必要な一配置図である。第一の実施の形態とほぼ同様の構成であるが、第四の実施の形態においては必ずしもGPS信号受信ユニット(図1の5参照)と地図情報データベース(図1の6参照)を必要としない。その代わりに、ウインカー(方向指示器)23と演算部3が電気的に結合されており、ウインカー23の作動状態の情報が演算部3へ入力されている点が異なっている。
以下、図21に示すような道路状況における動作の例に基づいて、本実施の形態における車線変更支援装置の具体的な動作について説明する。図21は片側二車線の道路を三台の車両が走行している場面を示している。右車線14を自車10が走行し、左車線15を他車11a、他車11bの二台の車両が走行している。この状況で、自車10が左車線15へ車線変更することを意図して、左方向のウインカー23を出した場面を考える。
本実施の形態における演算部3の処理の内容は第一の実施の形態の内容とほとんど同一であり、図11に示したフローチャートに沿って処理が行なわれる。第一の実施の形態との相違点は、ステップ3における車線変更の必要性を判定する処理の部分において、ウインカー23の作動状態に基づいて車線変更の必要性を決定する点である。すなわち、本実施の形態においては、システムが自律的に車線変更の必要性を判定するのではなく、運転者のウインカー操作に基づいて車線変更支援の動作が起動される構成となっている。
新たなウインカー操作が検出された場合には、ステップ4において自車10の前方の適当な地点に合流終端xendが設定される。図21のような状況の場合、必ずしも合流終端xendまでに車線変更を完了する必要はないが、車線変更の目標点の一つとして合流終端xendが設定される。合流終端xendは、ウインカー23が操作された時点において自車10が存在していた位置よりも所定の距離だけ前方に設定される。例えば、ウインカー操作から車線変更までの余裕時間をT秒にとるとすると、ウインカー操作時の自車の位置と速度をそれぞれx0、v0として、
合流終端xendが設定された状況下での車線変更の問題は、第一の実施の形態で示した合流の問題と数学的にはまったく同一の問題となるので、ステップ5からステップ11までは第一の実施の形態と同一の処理で構成することができる。
支援情報提示手段(図4の4参照)についても第一の実施の形態と同様の提示方法を利用することができる。第一の実施の形態と同じ計算結果が得られた場合には、図22に示したように、運転席に設置された表示装置4aのディスプレイ上に他車11aと他車11bの間を示すマーカーを表示するとともに、音声で加速の緩和と他車11aと他車11bの間への車線変更を指示することになる。
なお、本実施の形態のように必ずしも合流終端xend付近で車線変更する必要がない場面においては、運転者が車線変更を完了することなく設定された合流終端xendを通過してしまうような場合があり得る。設定された合流終端xendを通過してしまったことが検出された場合には、ただちに新たな合流終端xendが設定され、新たな合流終端xendに基づいて車線変更の支援情報を算出することになる。
ステップ3−1ではウインカー23の作動状態がチェックされる。ウインカー23が作動していなければ支援の必要無しと判定して処理を終了する。ウインカー23が作動している場合にはステップ3−2に進む。
ステップ3−2では合流終端xendが設定されているかどうかをチェックする。合流終端xendが設定されていない場合にはステップ4に進み、(19)式に従って合流終端xendが設定される。合流終端xendが既に設定されている場合にはステップ3−3に進む。
ステップ3−3では自車10が既に合流終端xendを通過してしまっているかどうかをチェックする。通過してしまっている場合には、ステップ4に進み、新たな合流終端xendを設定する。通過していない場合には、既に設定されている合流終端xendを引き継いでステップ5に進む。
ステップ5以降の処理の内容は第一の実施の形態の説明に用いた図11のフローチャートと同じである。
上記のように本実施の形態では、運転者がウインカー23を点灯させている間、ウインカー23で指示している車線への車線変更についての支援情報の算出、表示を行なうという構成になっている。このようにウインカー23の操作によって運転者の車線変更の意図を検知してから車線変更支援装置が起動し、方向指示器の解除によって支援動作も停止させるようになっているので、運転者が車線変更しようとしている間のみ装置を動作させることができる。なお、上記特許文献3に開示されている発明では、合流車両および本線車両を道路側に設置された処理装置を通して自動制御することを想定しているので、上記特許文献2記載の車線変更支援装置と同様、合流エリア付近でしか適用できないという問題の他に、自動制御の機能を備えた車両でなければ機能しないという問題点もあった。これに対して、本実施の形態では、自動制御の機能を備えた車両でなくても機能するようになっている。
また、合流終端設定手段3bは、自車10が設定された合流終端を通過してしまい、かつ車線変更が可能な地点がまだ前方にある場合には、再度合流終端を別の地点に設定し直すという構成になっている。このように合流終端を再設定可能としているので、車線変更に失敗した場合でも物理的に車線変更が可能な道路状況が前方に存在している限り、車線変更の支援情報を提示し続けることができる。
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
Claims (18)
- 自車の走行状態を検出する自車状態検出手段と、
周囲車両を検出する周囲車両検出手段と、
前記自車の周囲の車線を検出する車線検出手段と、
車線変更を完了していなければならない合流終端を設定する合流終端設定手段と、
前記周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段と、
前記自車が前記合流終端に到達するまでの操作量時系列を一つ以上生成する自車操作量設定手段と、
前記自車操作量設定手段で生成された各前記操作量時系列を実行した場合に、適切な前記車線変更が行なえるか、行なえるとしたら前記車線変更先の前記車線上を走行する前記周囲車両間のギャップの中で、どの前記ギャップに前記車線変更できるのかを判定する操作量判定手段と、
前記操作量判定手段で求められた前記自車の操作と前記車線変更可能な前記ギャップの対応関係を運転者に伝達する支援情報提示手段と、
を備えることを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1記載の車線変更支援装置において、
前記周囲車両挙動予測手段は、
前記車線変更先の前記車線上を走行する各前記周囲車両が前記合流終端に到達するまでの合流終端到達時間を予測し、
前記操作量判定手段は、前記自車と前記車線変更先の前記車線上を走行する各前記周囲車両の前記合流終端到達時間を比較することによって、前記車線変更の適切さを判定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項2記載の車線変更支援装置において、
前記自車が前記合流終端に到達するまでに達成すべき目標速度を設定する目標速度設定手段を備え、
前記自車操作量設定手段は、前記目標速度設定手段において指定された前記目標速度を前記合流終端において満たすような前記操作量時系列を生成することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項3記載の車線変更支援装置において、
前記自車操作量設定手段は、
前記目標速度設定手段で指定された前記目標速度と同時に、指定された前記合流終端到達時間も満たすように前記操作量時系列を生成し、前記操作量判定手段において、判定の対象となる操作量の候補を前記合流終端到達時間の形で指定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項3または4記載の車線変更支援装置において、
前記目標速度設定手段は、
前記車線変更先の前記車線上を走行する前記周囲車両の速度を考慮して前記目標速度を設定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記運転者が方向指示器を点灯させている間、前記方向指示器で指示している前記車線への前記車線変更についての支援情報の算出、表示を行なうことを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記車線変更の必要性と移動先の前記車線を自律的に判定する車線変更必要性判定手段を備え、前記車線変更が必要と判定されている間、移動先の前記車線への前記車線変更についての支援情報の算出、表示を行なうことを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項7記載の車線変更支援装置において、
前記車線変更必要性判定手段は、
前記自車の走行している前記車線が前方で隣接する前記車線に合流している場合に前記車線変更の必要性があると判定し、
前記合流終端設定手段は、前記自車の走行する前記車線が完全に消滅する地点よりも所定の距離だけ手前の地点に前記合流終端を設定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項7または8記載の車線変更支援装置において、
前記車線変更必要性判定手段に入力する手段として、前記自車の現在位置に関する情報を取得する位置情報取得手段と、車線規制に関する情報を取得する道路交通情報受信手段を備え、
前記自車の走行している前記車線の前方で前記車線規制が実施されている場合に前記車線変更の必要性があると判定し、
前記合流終端設定手段は、
前記車線規制が実施されている地点よりも所定の距離だけ手前の地点に前記合流終端を設定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項7乃至9のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記車線変更必要性判定手段に入力する手段として、
目的地までの走行経路を案内する経路誘導手段を備え、
前記自車の進路前方の所定範囲内に分岐路が存在し、かつ前記自車の走行している前記車線が設定された走行経路とは異なる方向へ分岐する前記車線である場合に前記車線変更の必要性があると判定し、
前記合流終端設定手段は、分岐地点よりも所定の距離だけ手前の地点に前記合流終端を設定することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項7乃至10のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記合流終端設定手段は、
前記自車が設定された前記合流終端を通過してしまい、かつ前記車線変更が可能な地点がまだ前方にある場合には、再度前記合流終端を別の地点に設定し直すことを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至11のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
前記車線変更先車線のギャップの中で、現在運転者のとっている操作量を基準として、もっとも小さな操作量の補正で適正な前記車線変更が可能になるギャップを運転者に伝達することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至11のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
前記車線変更可能と判定された前記ギャップの中でもっとも前方の前記ギャップを前記運転者に伝達することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至11のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
伝達される前記車線変更が可能な前記ギャップの種類を前記運転者があらかじめ任意に指定できる提示情報指定手段を備えることを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至14のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
前記車線変更が可能と判定された前記ギャップへの適正な前記車線変更を実現するために、前記自車が現在よりも加速すべきなのか、あるいは減速すべきなのかについての情報も併せて伝達することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至15のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
前記周囲車両検出手段からの信号をもとに前記周囲車両の配置を示す周囲地図をディスプレイ上に描画する周囲地図描画手段を備え、
表示された前記周囲地図上に伝達対象となっている前記車線変更が可能な前記ギャップ、各前記ギャップに前記車線変更を行うために必要な加速の増加または緩和を示すマーカーの少なくとも一つを重ね書きすることで判定結果を前記運転者に伝達することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至16のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
前記車線変更が可能な前記ギャップの中から一つの前記ギャップを選択し、選択された前記ギャップおよびその前記ギャップに前記車線変更を行うために必要な操作を音声で案内することで前記判定結果を前記運転者に伝達することを特徴とする車線変更支援装置。 - 請求項1乃至17のいずれか記載の車線変更支援装置において、
前記支援情報提示手段は、
アクセルペダルにかかる反力を増減するアクセルペダル反力調整手段を備え、
前記車線変更が可能な前記ギャップの中から一つの前記ギャップを選択し、選択された前記ギャップに前記車線変更を行うために加速の緩和が必要であるとの判定が得られた場合には、前記アクセルペダルの反力を増加させることを特徴とする車線変更支援装置。
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