JP2012220378A - 車両の挙動シミュレーション装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の熟練度を有するドライバーが操作する車両の挙動を精度よく再現可能な車両の挙動シミュレーション装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置（１）は、予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現するものであり、実速度を取得する認識部（２）と、目標速度を予測する予測部（５）と、実速度と目標速度との偏差に基づいて操作目標速度及び該操作目標加速度を算出する判断部（３）と、車両の駆動系に対する操作量を算出する車両特性部（６）と、前記算出された操作量で駆動系の操作を行う操作部（４）とを備える。特に、前記認識部（２）、判断部（３）及び操作部（４）における制御には、車両の運転者の熟練度に応じて可変に指定される所定の誤差及び遅れが付加されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現する車両の挙動シミュレーション装置及び方法の技術分野に関する。

自動車などの車両の研究開発では、その性能を評価するための評価試験が数多くの項目について行われる。このような評価試験は、実際に車両を走行させて行うことが理想的であるが、実車を用いた評価試験には某大なコストや手間がかかる。そこで、コンピュータなどの情報処理機器を利用して実車の挙動を仮想空間でシミュレーションしたり、シャシーダイナモ上での走行試験などで実車の制御装置を自動操作することによって、実際に人間が運転したときの実車の挙動をシミュレーションすることが行われている。

この種の車両の挙動シミュレーションに関する技術の一例として、特許文献１がある。特許文献１では、制動時の車両挙動について検証を行うために、ブレーキ摩擦材の摩擦係数データ、キャリパピストンやホイールシリンダのピストン径などの制動時に関連するパラメータを予め指定しておくことにより、様々な車速で走行している車両の制動時の挙動をシミュレートできるとしている。

この種の車両の挙動シミュレーション技術では、従来、上述の特許文献１のように予め指定された車両の特性データに基づいて挙動を算出することが基本となっている。しかしながら、実際の車両は車両が生身の人間によって運転操作されるため、その過程において必然的に誤差や反応遅れが発生する。しかしながら、従来のシミュレーション技術ではこのような誤差や遅れは考慮されておらず、シミュレーション結果が実車の挙動とかけ離れてしまう場合があった。このような問題に対して、本発明者が行った研究内容が非特許文献１に開示されている。非特許文献１では、生身の人間によって車両が運転操作される際に、ドライバーが行う動作を、（ｉ）車両の速度を認識する段階と、（ｉｉ）認識した速度と目標速度とを比較して操作量を判断する段階と、（ｉｉｉ）判断した操作量に基づいて車両を実際に操作する段階とに分けて分析している。そして、これらの各段階において、人間が有する誤差や遅れを設定することによって、より実車の挙動に近いシミュレーション結果を得ることに成功している。

特開２００３―２４２１８２号公報

運転の習熟とそれを支援する制御技術（パワートレイン編）"三菱自動車 テクニカル レビュー"，日本国，三菱自動車株式会社，２００８年，Ｎｏ．２０，第８４〜９０頁

実車を用いた評価試験では、車両の挙動は運転操作を行うドライバーの熟練度に大きく依存する。例えば熟練度の高いドライバーは、車両の将来の挙動を的確に予測して、それに応じた適切な操作を行うことができるが、熟練度の低い初心者は運転技術が未熟なために、このような操作を行うことは困難である。また、運転時間が増加するにつれてドライバーの熟練度が増していくため（運転に慣れていくため）、これに伴い車両の挙動も変化することとなる。

上記背景技術では、このようなドライバーの熟練度が考慮されていないため、依然としてシミュレーション結果が実車の挙動から乖離してしまう場合があり得る。特に近年の環境意識の高まりから、日本国の燃費排出ガス掲出法として規定されている１０・１５モード運転をはじめとする規格試験が重要視されている。このような規格試験では、走行パターンが予め規定されており、実車を用いた試験結果はドライバーの熟練度によって大きく左右されるため、この問題はより一層顕著となる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、所定の熟練度を有するドライバーが操作する車両の挙動を精度よく再現可能な車両の挙動シミュレーション装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置は上記課題を解決するために、予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現する車両の挙動シミュレーション装置において、前記車両の速度を、指定された第１の誤差及び遅れが付加された実速度として取得する認識部と、前記走行パターンに基づいて前記車両の目標速度を予測する予測部と、前記認識部で取得した実速度と前記予測部で予測した目標速度との偏差を算出し、該偏差に基づいて、指定された第２の誤差及び遅れが付加された操作目標速度及び該操作目標加速度を算出する判断部と、前記車両の速度及び加速度が前記操作目標速度及び操作目標加速度になるように、前記車両の駆動系に対する操作量を算出する車両特性部と、前記車両特性部で算出された操作量に第３の誤差及び遅れを付加して、前記車両の駆動系を操作する操作部とを備えており、前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度に応じて可変に指定されることを特徴とする。

本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置によれば、（ｉ）認識部で車両の速度を認識し、（ｉｉ）判断部で認識した速度と目標速度とを比較して操作量を判断し、（ｉｉｉ）操作部で判断した操作量に基づいて車両を操作するようにしている。本発明では特に、認識部、判断部、操作部において実際のドライバーが有する誤差や遅れをそれぞれ付加し、これらの誤差や遅れを想定される車両のドライバーが有する熟練度に応じて可変に設定するようにした。これにより、様々な熟練度を有する人間によって操作される車両の挙動を精度よくシミュレートすることができる。

前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度が高くなるに従って小さくなるように指定されるとよい。この態様によれば、熟練度の高いドライバーを想定する場合には、誤差や遅れを小さく設定することによって、車両の将来の挙動を的確に予測してそれに応じた適切な操作を行う車両の挙動を再現できる。一方、熟練度の低いドライバーを想定する場合には、誤差や遅れを大きく又は速度誤差に対する修正操作ゲインを大きく設定することによって、運転に不慣れな者によって操作された不安定な車両の挙動を再現することができる。

また、前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転時間が長くなるに従って小さくなるように指定するとよい。この態様によれば、運転時間が増加するにつれてドライバーの熟練度が増していくことによって（運転に慣れていくことによって）、車両の挙動が洗練（安定）されていく過程を精度よく再現することができる。

好ましくは、前記予測部は現在より微小時間Δｔ後の目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）を予測し、前記判断部は、前記目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と前記認識部で取得した実速度Ｖｔ（ｔ）との偏差
ΔＶｔ＝Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）―Ｖｔ（ｔ）
の正負に応じて設定される重み付け係数で、前記目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と前記実速度Ｖｔ（ｔ）とを加算することにより、前記操作目標速度を算出するとよい。具体的には、前記操作部は、前記偏差ΔＶｔが正の場合、前記判断部で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて、前記操作量としてアクセルペダル操作量を算出し、前記偏差ΔＶｔが負の場合、前記判断部で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて、前記操作量としてブレーキペダル操作量を算出するとよい。この態様によれば、現在と微小時間後の速度についての偏差の正負から、車両が加速であるか減速であるかを判断して、それぞれに応じた重み付け係数を設定する。そして、操作目標速度を目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と実速度Ｖｔ（ｔ）とを、この設定した重み付けで加算することにより算出できる。このように操作目標速度を算出することにより、不自然な加減速を回避でき、より実車の挙動に近いシミュレーション結果を得ることができる。

また、前記車両特性部は、前記車両の駆動系に対する操作量と、前記判断部によって算出される操作目標速度及び操作目標加速度との対応関係を規定するマップを予め記憶しており、当該マップに基づいて、前記車両の駆動系に対する操作量を算出してもよい。この態様によれば、シミュレーション対象の車両が有する特性をマップとして読み出すことによって、所定の操作量を入力した場合の車両の挙動を、当該マップに基づいて精度よく算出することができる。尚、当該マップは熟練度に応じて変更してもよい。

また、前記操作部は、前記微小時間Δｔを、前記駆動系に対する操作量が前記車両の挙動に反映されるまでの時間差Δｔａ、前回操作時の微小時間Δｔ´、及び所定係数ｋ（０＜ｋ＜１）を用いて次式
Δｔ＝Δｔ´＋ｋ×Δｔａ
により算出してもよい。実車を操作する場合、ドライバーはアクセルペダルやブレーキペダルなどの駆動系に対する入力内容が車両の挙動変化に反映されるまでの時間差を予測して、先行的に入力操作を行っている。本態様では、このようなドライバーの先行的な入力動作を時間差Δｔを算出することによってシミュレートすることで、より実車に近い挙動をシミュレートすることができる。

本発明に係る車両の挙動シミュレーション方法は上記課題を解決するために、予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現することによって検証可能な車両の挙動シミュレーション方法において、前記車両の速度を、指定された第１の誤差及び遅れが付加された実速度として取得する工程と、前記走行パターンに基づいて前記車両の目標速度を予測する工程と、前記取得した実速度と前記予測した目標速度との偏差を算出し、該偏差に基づいて、指定された第２の誤差及び遅れが付加された操作目標速度及び該操作目標加速度を算出する工程と、前記車両の速度及び加速度が前記操作目標速度及び操作目標加速度になるように、前記車両の駆動系に対する操作量を算出する工程と、前記算出された操作量に第３の誤差及び遅れを付加して、前記車両の駆動系を操作する工程とを備えており、前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度に応じて可変に指定されることを特徴とする。

本発明に係る車両の挙動シミュレーション方法によれば、上述の車両の挙動シミュレーション装置（上記各種態様を含む）を好適に実現することができる。

本発明によれば、（ｉ）認識部で車両の速度を認識し、（ｉｉ）判断部で認識した速度と目標速度とを比較して操作量を判断し、（ｉｉｉ）操作部で判断した操作量に基づいて車両を操作するようにしている。本発明では特に、認識部、判断部、操作部において実際のドライバーが有する誤差や遅れをそれぞれ付加し、これらの誤差や遅れを想定される車両のドライバーが有する熟練度に応じて可変に設定するようにした。これにより、様々な熟練度を有する人間によって操作される車両の挙動を精度よくシミュレートすることができる。

本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置の全体構成を示すブロック図である。 実車の場合にアクセルペダル操作量と、ドライバーがアクセルペダルから感知する反力との関係を示すグラフ図である。 ブレーキペダル操作量と、ドライバーがブレーキペダルから感知する反力との関係を示すグラフ図である。 アクセルペダル操作量の時間変化を示すグラフ図である。 本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置の動作をステップ毎に示すフローチャート図である。 目標値の推移と上記制御によってシミュレートされた車両の速度推移を示すグラフ図である。 変形例に係る車両の挙動シミュレーション装置の動作内容を示すフローチャート図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置１の全体構成を示すブロック図である。本挙動シミュレーション装置１は、予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現するものであり、本実施例では特に、予め規定された走行パターンとして、日本国の燃費排出ガス掲出法として規定されている１０・１５モード運転が設定されている場合を例に説明する。

挙動シミュレーション装置１は、走行パターンに従って走行中の車両の速度を実速度として取得する認識部２、該認識部２で認識した実速度と予測部５にて予測した目標速度とを比較することにより操作目標速度及び操作目標加速度を算出する判断部３、判断部３で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて車両の駆動系に対する操作量を算出して操作を行う操作部４、予め規定された走行パターンに基づいて将来の車両の目標速度を予測する予測部５、及び、車両の駆動系に入力される操作量と当該操作量による車両の挙動変化との対応関係が規定されている車両特性部６を備えてなる。尚、ここでいう車両の駆動系とは、情報処理装置を用いた仮想空間でのシミュレーションの場合には駆動系のモデルであり、シャシーダイナモ上での走行試験のように実車の制御装置を操作することによって行うシミュレーションの場合には実車の駆動系そのものである。

認識部２は、走行パターンに従って走行する車両の速度を実速度として取得する。ここで実際の人間が車両を操作する場合に車速を認識する場合には、所定の誤差及び遅れが発生する。この誤差及び遅れは、本発明の「第１の誤差及び遅れ」に対応しており、その大きさは想定されるドライバーの熟練度に依存する。例えば、熟練度の高いドライバーは車速を精度よく、且つ、素早い反応で取得できるので、この誤差及び遅れは小さい。一方、熟練度の低いドライバーは運転に不慣れなので、誤差が大きく、遅れも大きい。このような実車で速度認識時に発生する誤差や遅れを反映させるために、認識部２では車両の速度に第１の誤差εＲ及び遅れτＲを付加したものを実速度Ｖｔ（ｔ）として取得する。本実施例では特に、この第１の誤差εＲ及び遅れτＲは、後述するように、入力部７を介して可変に指定できるように構成されている。

判断部３は、認識部２で取得した実速度Ｖｔ（ｔ）と予測部５にて予測した目標速度とを比較することにより操作目標速度及び操作目標加速度を算出する。ここで実際の人間が操作量を決定する場合には、所定の誤差及び遅れが発生する。この誤差及び遅れは、本発明の「第２の誤差及び遅れ」に対応しており、その大きさは想定されるドライバーの熟練度に依存する。例えば、熟練度の高いドライバーは予め規定された走行パターンに基づいて目標速度を精度よく、且つ、素早い反応で予測できるので、この誤差及び遅れは小さい。一方、熟練度の低いドライバーは運転に不慣れなので、誤差が大きく、遅れも大きい。このような実車で操作量を予測する際に発生する誤差や遅れを反映させるために、判断部３では第２の誤差εＥ及び遅れτＥを付加して、操作量である操作目標速度及び該操作目標加速度が算出される。

操作部４は、判断部３で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて車両の駆動系に対する操作量を算出し、駆動系の操作を行う。ここで実際の人間がアクセルペダルやブレーキペダルを介して駆動系を操作する場合には、所定の誤差及び遅れ（例えばアクセルとブレーキの踏み加減や、ペダル間の足の乗せ換え動作など）が発生する。この誤差及び遅れは、本発明の「第３の誤差及び遅れ」に対応しており、その大きさは想定されるドライバーの熟練度に依存する。例えば、熟練度の高いドライバーは車両の操作に精通しているため、判断した操作量に対して精度よく、且つ、素早い反応で操作できるので、この誤差及び遅れは小さい。一方、熟練度の低いドライバーは運転に不慣れなので、誤差が大きく、遅れも大きい。このような実車で操作量を予測する際に発生する誤差や遅れを反映させるために、判断部３では第３の誤差εＡ及び遅れτＡを付加して、駆動系に対する操作量が算出される。

より具体的に説明すると、操作部４によってシミュレートされる操作動作として、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み動作がある。図２はアクセルペダル操作量とドライバーがアクセルペダルから感知する反力との関係を示すグラフ図であり、図３はブレーキペダル操作量とドライバーがブレーキペダルから感知する反力との関係を示すグラフ図である。このようなアクセルペダルやブレーキペダルの操作量と反力との関係は、車両の個体毎（例えば車種毎）に異なっているのが通常である。特にアクセルペダルの場合、図２に示すように、踏みこみ量が２０％程度までは反力は線形的に振る舞うものの、それ以上の領域では出力が飽和状態に近づくと共に、トルクコンバータやギアを介した駆動力に速度依存性が加わるため、非線形となり、非常に複雑である。一方の、ブレーキペダルは一般的に操作量に対して敏感な応答性を有しているため、初心者にとって繊細な操作が困難である。そのため、想定されるドライバーの熟練度の高低によって、伴う誤差や遅れが変化することとなる。

また、実際のドライバーによる操作では、一度の動作のみで車両の速度を目標速度に完全に合致させることは実質的に不可能である。図４はアクセルペダル操作量の時間変化を示すグラフ図である。実際のドライバーがアクセルペダルやブレーキペダルを踏み込む場合には、はじめ目標値に基づいてフィードフォワード的に踏みこみ、その後、目標速度とのズレに応じてフィードバック操作（踏み込み具合を緩めたり、強めたりする動作）を行い、車両の速度を目標速度に近づけていくこととなる。特に初心者の場合は、走行パターンの変化点に対して予め予測してアクセルペダルやブレーキペダルの操作量を設定することが難しい。また、アクセルペダルやブレーキペダルの操作量に対する車両の加減速度の感覚をつかんでいないので、加速や減速の開始点で適切な初期操作量が設定できない。そこで速度偏差から修正の動作をするが、人間は瞬時のフィードバック反応があまり得意でないことから、修正操作に時間がかかることとなる。上記第３の誤差εＡ及び遅れτＡは、このような実際のドライバーが有する誤差や遅れを加味されて設定される。

再び図１に戻って、予測部５は、予め規定された走行パターンに基づいて将来の車両の目標速度を予測する。本実施例では特に、走行パターンとして１０・１５モード運転の規格に規定されたパターンを採用しており、車両の走行段階の各ポイントにおける目標速度が一義的に規定されている。

尚、予測部５では、このように走行パターンの各ポイントにおける目標速度が一義的に規定されていない場合であっても、規定された走行経路から理想的な各ポイントの速度を算出するようにしてもよい。例えば実際のドライバーが車両を走行させる際には、経路に沿って車両を安全に旋回させるために、現在の車両の位置より前方を見ている。カーブに差し掛かると適切な操舵ができるように、操舵に必要な時間も見込んでハンドル操作を開始すると共に、車両の加速又は減速を行うこととなる。予測部５では、このような実際のドライバーの特性を反映して、目標速度の算出を行うようにしてもよい。この場合、目標速度の算出精度もまた、ドライバーの熟練度に依存するため、それに応じて目標速度の誤差や遅れを付加することが好ましい。

車両特性部６は、車両の駆動系に入力される操作量と当該操作量による車両の挙動変化との対応関係が規定している。すなわち、車両特性部６では、車両の駆動系に対する操作量と、前記判断部によって算出される操作目標速度及び操作目標加速度との対応関係を規定するようにモデル化されており、その内容がメモリ等の記憶手段に予め記憶されているとよい。そして、操作部４は当該記憶されたマップを参照することにより、車両が走行パターンに沿って走行するように、駆動系に対する操作量を算出するようにするとよい。

上述の第１乃至第３の誤差及び遅れは、入力部７から指定可能に構成されており、想定される車両のドライバーの熟練度に応じてその値が設定される。挙動シミュレーション装置１をコンピュータなどの情報処理機器で実現する場合には、入力部７として、キーボード、マウス、タッチパネルなどの各種入力デバイスを採用することができる。

第１乃至第３の誤差及び遅れの具体的な指定値は、上述した実車のドライバーの傾向に基づいて実験的又は理論的な各種手法によって適宜設定されるとよい。具体的には、前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、想定される車両のドライバーの熟練度が高くなるに従って小さくなるように指定されるとよい。これにより、熟練度の高いドライバーを想定する場合には、誤差や遅れを小さく設定することによって、車両の将来の挙動を的確に予測してそれに応じた適切な操作を行う車両の挙動を再現することができる。一方、熟練度の低いドライバーを想定する場合には、誤差や遅れを大きく設定することによって、運転に不慣れな者によって操作された不安定な車両の挙動を再現することができる。

また、第１乃至第３の誤差及び遅れは、車両の運転時間が長くなるに従って小さくなるように指定するとよい。この態様によれば、運転時間が増加するにつれてドライバーの熟練度が増していくことによって（運転に慣れていくことによって）、車両の挙動が洗練（安定）されていく過程を精度よく再現することができる。

続いて図５を参照して、本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置１の具体的な動作について説明する。図５は本発明に係る車両の挙動シミュレーション装置１の動作をステップ毎に示すフローチャート図である。

まず、挙動シミュレーション装置１のオペレータによって、入力部７から第１乃至第３の誤差及び遅れを指定する（ステップＳ１０１）。これらの誤差及び遅れの大きさは、挙動シミュレーション装置１でシミュレートしようとする車両のドライバーが有する熟練度に応じて、上述した各種要因を踏まえて指定される。尚、入力部７からはシミュレートするドライバーの熟練度のみを入力することとし、その後、予めメモリ等の記憶手段に記憶された対応表を参照することによって、入力された熟練度に対応する誤差及び遅れを読み出すように構成してもよい。

続いて、認識部２にて、走行パターンに従って走行中の車両の速度を、ステップＳ１０１で指定された第１の誤差εＲ及び遅れτＲを付加した実速度Ｖｔ（ｔ）として取得する（ステップＳ１０２）。

続いて、判断部３は、予測部５にアクセスすることにより、予測部５で算出された現在より微小時間Δｔ後の目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）を取得する（ステップＳ１０３）。この微小時間Δｔ後の目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）は、予測部５において、予め規定された走行パターンに基づいて予測される。この目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）は、予め規定された走行パターンから求められる目標速度に、ステップＳ１０１で指定された第２の誤差εＥ及び遅れτＥを付加して求められる。

続いて判断部３は、目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と前記認識部で取得した実速度Ｖｔ（ｔ）との偏差
ΔＶｔ＝Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）―Ｖｔ（ｔ） （１）
を算出し（ステップＳ１０４）、その正負を判定する（ステップＳ１０５）。

偏差ΔＶｔがゼロ以上（正）である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、車両を加速させる場合に相当する。この場合、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）及び操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）を重み付け係数α（０＜α＜１）を用いて次式により設定する（ステップＳ１０６）。
ΔＶｏｔ（ｔ）＝αＶｔ（ｔ＋Δｔ）＋（１−α）Ｖｔ（ｔ） （２）
ΔＶｏｔ´（ｔ）＝ΔＶｔ／Δｔ （３）
このように、加速時の操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）は重み付け係数αによって所定の割合でステップＳ１０２で算出した実速度Ｖｔ（ｔ）と、ステップＳ１０３で算出した目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）とを加算することで算出される。ここで重み付け係数αは偏差が正であることにより車両が加速状態にあると判断された場合に選択されるパラメータであり、操作目標速度は目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と実速度Ｖｔ（ｔ）とを、この設定した重み付けで加算することにより算出される。このように操作目標速度を算出することにより、不自然な加減速を回避でき、より実車の挙動に近いシミュレーション結果を得ることができる。

続いて、操作部４は、以上のように算出された操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）と操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）とに基づいて、車両のアクセルペダルの操作量Ｆａ（ｔ）を算出する（ステップＳ１０７）。
Ｆａ（ｔ）＝Ａｃｃ＿ｍａｐ（Ｖｏｔ（ｔ），Ｖｏｔ´（ｔ）） （４）
このように、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）と操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）に対応するアクセルペダル操作量Ｆａ（ｔ）は、車両特性部６に予め記憶された加速時に対応するマップＡｃｃ＿ｍａｐに基づいて算出される。このマップＡｃｃ＿ｍａｐには、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）及び操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）を、加速時に車両の駆動系から実際に出力するために必要なアクセルペダル操作量Ｆａ（ｔ）が規定されており、車両の個体（車種）毎に固有な特性が反映されている。

一方、偏差ΔＶｔがゼロ未満（負）である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、車両を減速させる場合に相当する。この場合、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）及び操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）を重み付け係数β（０＜β＜１）を用いて次式により設定する（ステップＳ１０８）。
ΔＶｏｔ（ｔ）＝βＶｔ（ｔ＋Δｔ）＋（１−β）Ｖｔ（ｔ） （４）
ΔＶｏｔ´（ｔ）＝ΔＶｔ／Δｔ （５）
このように、減速時の操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）は重み付け係数βによって所定の割合でステップＳ１０２で算出した実速度Ｖｔ（ｔ）と、ステップＳ１０３で算出した目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）とを加算することで算出される。ここで重み付け係数βは偏差が負であることにより車両が減速状態にあると判断された場合に選択されるパラメータであり、操作目標速度は目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と実速度Ｖｔ（ｔ）とを、この設定した重み付けで加算することにより算出される。このように操作目標速度を算出することにより、不自然な加減速を回避でき、より実車の挙動に近いシミュレーション結果を得ることができる。

続いて、操作部４は、以上のように算出された操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）と操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）とに基づいて、車両のブレーキペダル操作量Ｆｂ（ｔ）を算出する（ステップＳ１０９）。
Ｆｂ（ｔ）＝ｂｒｋ＿ｍａｐ（Ｖｏｔ（ｔ），Ｖｏｔ´（ｔ）） （６）
このように、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）と操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）に対応するブレーキペダル操作量Ｆｂ（ｔ）は、車両特性部６に予め記憶された加速時に対応するマップｂｒｋ＿ｍａｐに基づいて算出される。このマップｂｒｋ＿ｍａｐには、操作目標速度ΔＶｏｔ（ｔ）及び操作目標加速度ΔＶｏｔ´（ｔ）を、減速時に車両の駆動系から実際に出力するために必要なブレーキペダル操作量Ｆｂ（ｔ）が規定されており、車両の個体（車種）毎に固有な特性が反映されている。

続いて、操作部４はステップＳ１０７又はＳ１０９で算出された操作量（アクセルペダル操作量Ｆａ（ｔ）又はブレーキペダル操作量Ｆｂ（ｔ））で車両の駆動部の操作を行い、車両の走行をシミュレートする（ステップＳ１１０）。

その後、認識部２は再度、ステップＳ１０２と同様に車両の実速度Ｖｔ（ｔ）を取得する（ステップＳ１１１）。そして、当該取得した実速度Ｖｔ（ｔ）が、ステップＳ１０３で予測した目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）に一致しているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。つまり、上記一連の認識・判断・操作の動作を行うことによってシミュレートした結果が、目標と相違しているか否かを判定する。その結果、実速度Ｖｔ（ｔ）が目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）に一致している場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、実速度Ｖｔ（ｔ）が目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）に一致していない場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、偏差ΔＶｔ（＝Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）―Ｖｔ）がゼロに近づくようにフィードバック制御を行う（ステップＳ１１３）。このフィードバック制御における操作量の変化もまた、ステップＳ１０１で指定された熟練度に応じて設定するとよい。具体的には、例えば熟練度が高くなるに従って目標値への収束スピードを速くしたり、時定数が短くなるようにすることで、走行パターンへの好適な追従が可能な熟練度の高いドライバーによる車両挙動を再現することができる。一方、熟練度が低い場合には、目標値への収束スピードを遅くしたり、フィードバックの時定数を長く設定することによって、安定度に欠ける初心者の運転のような車両挙動を再現することができる。

［変形例］
図６は目標値の推移と上記制御によってシミュレートされた車両の走行速度の推移を示すグラフ図である。実車においてドライバーによって所定の操作量が入力された結果が、車両特性によって車両の速度に反映されるまでには、ある程度の時間がかかる（図６の（a）を参照）。仮に、上記ステップＳ１１２におけるフィードバック制御における時定数が十分に短く、且つ、フィードバック量に制約がなければ、このような遅れは生じない（図６の（ｂ）を参照）。しかしながら、実際の車両では、内燃機関とトランスミッションなどが有する一次或いは二次遅れにより、図６において（ａ）で示すように遅れが生じる。

本変形例では、このような操作量の入力に対する車両挙動の遅れを考慮して、操作量の入力を先行的に行う。図７は本変形例に係る車両の挙動シミュレーション装置１の動作内容を示すフローチャート図である。

まず挙動シミュレーション装置１は、前回操作時に用いた微小時間Δｔ´（図５のステップＳ１０３を参照）を取得する（ステップＳ２０１）。この前回操作時の微小時間Δｔ´は、図５に示す制御が前回実行された際にメモリなどの所定の記憶手段（図不示）に記憶しておき、適宜読み出し可能なように構成しておくとよい。

続いて、車両の駆動系に対する操作量が車両の挙動に反映されるまでの時間差Δｔａを取得する（ステップＳ２０２）。この時間差Δｔａは、車両のシミュレーションの結果、操作部４によって操作量を駆動系に入力されてから車両の速度に反映されるまでの時間として算出される（例えば、図６を算出することによりΔｔａを算出する）。

そして、ステップＳ２０１で取得した前回操作時の微小時間Δｔ´、ステップＳ２０２で取得した時間差Δｔａに基づいて、次式
Δｔ＝Δｔ´＋ｋ×Δｔａ （７）
で算出された微小時間Δｔを用いて図５に示す制御を実行する。ここで、ｋは所定係数であり、０＜ｋ＜１である。実車を操作する場合、ドライバーはアクセルペダルやブレーキペダルなどの駆動系に対する入力内容が車両の挙動変化に反映されるまでの時間差を予測して、先行的に入力操作を行っている。本変形例では、このようなドライバーの先行的な入力動作をシミュレートすることで、より実車に近い挙動をシミュレートすることができる。その結果、図６において（ｂ）の点線で示すように、先行的に操作量の入力を行い、目標値の推移に沿った挙動を精度よくシミュレートすることができる。

以上説明したように、本発明の車両の挙動シミュレーション装置１によれば、（ｉ）認識部２で車両の速度を認識し、（ｉｉ）判断部３で認識した速度と目標速度とを比較して操作量を判断し、（ｉｉｉ）操作部４で判断した操作量に基づいて車両を操作するようにしている。本発明では特に、認識部２、判断部３、操作部４において実際のドライバーが有する誤差や遅れをそれぞれ付加し、これらの誤差や遅れを想定される車両のドライバーが有する熟練度に応じて可変に設定するようにした。これにより、様々な熟練度を有する人間によって操作される車両の挙動を精度よくシミュレートすることができる。

本発明は、所定の熟練度を有する人間が運転する車両が予め規定された走行パターンで走行する際の、車両の挙動を再現するための車両の挙動シミュレーション装置及び方法に利用可能である。

１ 挙動シミュレーション装置
２ 認識部
３ 判断部
４ 操作部
５ 予測部
６ 車両特性部
７ 入力部

Claims (9)

1. 予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現する車両の挙動シミュレーション装置において、
   前記車両の速度を、指定された第１の誤差及び遅れが付加された実速度として取得する認識部と、
   前記走行パターンに基づいて前記車両の目標速度を予測する予測部と、
   前記認識部で取得した実速度と前記予測部で予測した目標速度との偏差を算出し、該偏差に基づいて、指定された第２の誤差及び遅れが付加された操作目標速度及び該操作目標加速度を算出する判断部と、
   前記車両の速度及び加速度が前記操作目標速度及び操作目標加速度になるように、前記車両の駆動系に対する操作量を算出する車両特性部と、
   前記車両特性部で算出された操作量に第３の誤差及び遅れを付加して、前記車両の駆動系を操作する操作部と
   を備えており、
   前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度に応じて可変に指定されることを特徴とする車両の挙動シミュレーション装置。
2. 前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度が高くなるに従って小さくなるように指定されることを特徴とする請求項１に記載の車両の挙動シミュレーション装置。
3. 前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転時間が長くなるに従って小さくなるように指定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の挙動シミュレーション装置。
4. 前記予測部は現在より微小時間Δｔ後の目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）を予測し、
   前記判断部は、前記目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と前記認識部で取得した実速度Ｖｔ（ｔ）との偏差
   ΔＶｔ＝Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）―Ｖｔ（ｔ）
   の正負に応じて設定される重み付け係数で、前記目標速度Ｖｔ（ｔ＋Δｔ）と前記実速度Ｖｔ（ｔ）とを加算することにより、前記操作目標速度を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両の挙動シミュレーション装置。
5. 前記操作部は、前記偏差ΔＶｔが正の場合、前記判断部で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて、前記操作量としてアクセルペダル操作量を算出することを特徴とする請求項４に記載の車両の挙動シミュレーション装置。
6. 前記操作部は、前記偏差ΔＶｔが負の場合、前記判断部で算出された操作目標速度及び操作目標加速度に基づいて、前記操作量としてブレーキペダル操作量を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の車両の挙動シミュレーション装置。
7. 前記車両特性部は、前記車両の駆動系に対する操作量と、前記判断部によって算出される操作目標速度及び操作目標加速度との対応関係を規定するマップを予め記憶しており、当該マップに基づいて、前記車両の駆動系に対する操作量を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両のシミュレーション装置。
8. 前記操作部は、前記微小時間Δｔを、前記駆動系に対する操作量が前記車両の挙動に反映されるまでの時間差Δｔａ、前回操作時の微小時間Δｔ´、及び所定係数ｋ（０＜ｋ＜１）を用いて次式
   Δｔ＝Δｔ´＋ｋ×Δｔａ
   により算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の車両のシミュレーション装置。
9. 予め規定された走行パターンで走行する車両の挙動を再現する車両の挙動シミュレーション方法において、
   前記車両の速度を、指定された第１の誤差及び遅れが付加された実速度として取得する工程と、
   前記走行パターンに基づいて前記車両の目標速度を予測する工程と、
   前記取得した実速度と予測部で予測した目標速度との偏差を算出し、該偏差に基づいて、指定された第２の誤差及び遅れが付加された操作目標速度及び該操作目標加速度を算出する工程と、
   前記車両の速度及び加速度が前記操作目標速度及び操作目標加速度になるように、前記車両の駆動系に対する操作量を算出する工程と、
   前記算出された操作量に第３の誤差及び遅れを付加して、前記車両の駆動系を操作する工程と
   を備えており、
   前記第１乃至第３の誤差及び遅れは、前記車両の運転者の熟練度に応じて可変に指定されることを特徴とする車両の挙動シミュレーション方法。

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