JP2015161966A - 車線変更計画装置及び車線変更計画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができる車線変更計画装置などを提供する。
【解決手段】リンクを走行する他の車両の速度情報及び他の車両の車両位置情報を取得する取得手段と、取得された他の車両の速度情報及び他の車両の車両位置情報を用いて、現在走行している車線及び他の車線をそれぞれ走行した場合のリンクの終端を通過する際の予想時刻を所定のシミュレーション手法により算出する算出手段と、算出されたそれぞれの車線における予想時刻のうち、最も早い予想時刻にリンクの終端を通過する車線を選択する選択手段と、選択された車線が現在走行している車線でない場合に、選択された車線へ所定の車両を移動させるよう制御する制御手段とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、リンク経路内での車線変更計画を行う車線変更計画装置及び車線変更計画方法に関する。

従来から、出発地から目的地まで車両を誘導させるナビゲーションシステムが多く存在する。そういうナビゲーションシステムの中には、出発地から目的地までの経路を走行方向に複数のリンク（例えば、リンクとは交差点間の経路などを言う）に分け、リンク単位で最短経路を決定するものもある（Dijkstra法など）。また、自動運転で経路計画を行う技術や交通シミュレーションなどの技術も存在する。

さらに、リンク内の経路においても経路計画をするものがあり、このようなリンク内経路計画では、リンク端までの所望の車線移動（車線変更）やローカルな衝突回避についての制限に基づく計画が行われている（下記の特許文献１を参照）。ローカルな衝突回避については様々なものがあり、具体的には局所的走行軌道リスト生成過程と衝突判定過程からなる。局所的走行軌道リスト生成過程では走行経路に平行なオフセットや軌道（座標、時間）の計算が行われ、衝突判定過程では車両シルエットの重ね合わせや最大軌道追従誤差考慮が行われている。

また、リンク内経路計画では、１つのリンク内での車線変更をどういう計画で行うかについて、前方車両との距離や隣の車線の空き具合などから追い越し制御を行っている（下記の特許文献２を参照）。

特開２０１３−１２９３２８号公報（要約） 特開２００５−６２９４４号公報（要約）

http://library.jsce.or.jp/jsce/open/00039/200311_no28/pdf/329.pdf

しかし、上記リンク内経路計画では、具体的にどのタイミングで車線移動をすれば最適かという観点の制御は行われていない。また、上述したように、上記リンク内経路計画では、１つのリンク内での車線変更をどういう計画で行うかについて、前方車両との距離や隣の車線の空き具合などから追い越し制御を行っているだけで、追い越しの是非などについては考慮されていない。すなわち、リンク全体の状況は見ずに自車両の周辺のセンシング範囲内の状況を見て、追い越すことができれば追い越すというものである。

また、交通シミュレーションで実際の交通流の再現を目的に行われている、車線移動アルゴリズムがある。また、現車線の混雑度、速度、移動先車線の空き状況などを考慮し、通過に安全かつ合理的なルールを設定する研究などがされている（上記非特許文献１を参照）。しかし、これらについても、リンク端までの情報を活用した計画は行っておらず、必ずしも最短のパスを目指すものではない。

本発明は、上記の問題点に鑑み、いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができる車線変更計画装置及び車線変更計画方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、所定の車両が走行する出発地から目的地までの経路であって少なくともその一部に複数車線を有する道路を含む経路を複数に区分けしたリンクであって、複数の車線を有する前記リンク内における前記所定の車両の車線変更を計画する車線変更計画装置であって、前記リンクを走行する他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を取得する取得手段と、取得された前記他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を用いて、現在走行している車線及び他の車線をそれぞれ走行した場合の前記リンクの終端を通過する際の予想時刻を所定のシミュレーション手法により算出する算出手段と、算出されたそれぞれの車線における予想時刻のうち、最も早い予想時刻に前記リンクの終端を通過する車線を選択する選択手段と、選択された前記車線が現在走行している車線でない場合に、選択された前記車線へ前記所定の車両を移動させるよう制御する制御手段とを備える車線変更計画装置が提供される。この構成により、いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができる。ここで、所定の車両とは、例えば自車両である。

また、本発明の車線変更計画装置において、前記算出手段が、前記所定のシミュレーション手法により前記予想時刻を算出する際、複数回算出することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、新たな算出結果に更新することができる。

また、本発明の車線変更計画装置において、前記算出手段が、前記複数回算出する場合、所定の時間間隔で算出することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、新たな算出結果に更新することができる。

また、本発明の車線変更計画装置に置いて、前記算出手段が、前記リンクの終端を通過する予想時刻を前記複数回算出する際、直前の算出結果により導き出される前記リンク上に存在する車両の位置情報、又は所定の収集方法により収集されたリアルタイムによる前記リンク上に存在する車両の位置情報を用いることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よく正確に算出することができる。

また、本発明の車線変更計画装置において、前記制御手段が、前記選択された車線へ前記所定の車両を移動させる場合、所定の車線変更条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断した場合に前記所定の車両を選択された車線へ移動させるよう制御することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、安全に車線変更を行うことができる。

また、本発明の車線変更計画装置において、前記所定の車線変更条件が、前記制御手段によって算出される、前記選択された車線における前記所定の車両の前方車両及び後方車両との間の衝突余裕時間それぞれが所定の閾値以上であるという条件であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、安全に車線変更を行うことができる。

また、本発明によれば、所定の車両が走行する出発地から目的地までの経路であって少なくともその一部に複数車線を有する道路を含む経路を複数に区分けしたリンクであって、複数の車線を有する前記リンク内における前記所定の車両の車線変更を計画する車線変更計画装置により実行される車線変更計画方法であって、前記リンクを走行する他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を取得する取得ステップと、取得された前記他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を用いて、現在走行している車線及び他の車線をそれぞれ走行した場合の前記リンクの終端を通過する際の予想時刻を所定のシミュレーション手法により算出する算出ステップと、算出されたそれぞれの車線における予想時刻のうち、最も早い予想時刻に前記リンクの終端を通過する車線を選択する選択ステップと、選択された前記車線が現在走行している車線でない場合に、選択された前記車線へ前記所定の車両を移動させるよう制御する制御ステップとを有する前記車線変更計画装置により実行される車線変更計画方法が提供される。この構成により、いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができる。

また、本発明の車線変更計画方法において、前記算出ステップで、前記所定のシミュレーション手法により前記予想時刻を算出する際、複数回算出することは、本発明の好ましい態様である。これにより、新たな算出結果に更新することができる。

また、本発明の車線変更計画方法において、前記算出ステップで、前記複数回算出する場合、所定の時間間隔で算出することは、本発明の好ましい態様である。この構成により、新たな算出結果に更新することができる。

また、本発明の車線変更計画方法において、前記算出ステップで、前記リンクの終端を通過する予想時刻を前記複数回算出する際、直前の算出結果により導き出される前記リンク上に存在する車両の位置情報、又は所定の収集方法により収集されたリアルタイムによる前記リンク上に存在する車両の位置情報が用いられることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、効率よく正確に算出することができる。

また、本発明の車線変更計画方法において、前記制御ステップで、前記選択された車線へ前記所定の車両を移動させる場合、所定の車線変更条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断した場合に前記所定の車両を選択された車線へ移動させるよう制御されることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、安全に車線変更を行うことができる。

また、本発明の車線変更計画方法において、前記所定の車線変更条件が、前記制御ステップで算出される、前記選択された車線における前記所定の車両の前方車両及び後方車両との間の衝突余裕時間それぞれが所定の閾値以上であるという条件であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、安全に車線変更を行うことができる。

本発明の車線変更計画装置及び車線変更計画方法は、上記構成を有し、いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができる。また、手動運転時であれば、最適な車線変更タイミングなどをドライバに通知し、ドライバに運転アドバイスを行うことができる。また、きめ細かい制御ができることにより、道路リンクの交通容量を増大させることができる。

本発明の実施の形態におけるあるリンクを通行する車両群を示した図である。 本発明の実施の形態における図１に示すリンクのΔｔ経過後のリンクの状態を示した図である。 本発明の実施の形態における車両１００が車線を変更するタイミングについて説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る車線変更計画装置の構成の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態に係る車線変更計画装置の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る車線変更計画装置の処理フローの一例を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態におけるあるリンクを通行する車両群を示している。図１に示すように、リンクは車線ａと車線ｂとに分かれており、車線ａには車両が５台、車線ｂには車両が２台存在している。なお、リンクは２つの車線に限られるものではない。ここでは、車線ａに存在する車両１００における車線変更計画について説明する。

ここでの車線変更計画では、以下のことを前提（仮定）として行われる。すなわち、まず、リンク端ではどちらの車線（以下、レーンとも言う）に車両が存在してもよい。また、車線ごとの走行可能速度には差がないということである。これらのことを前提として車線変更計画を行う。

このような状況で、車両１００はどの車線（車線ａ、ｂ）が最速でリンクを通過することができるかを算出する。具体的には、車両１００がリンクを通過するであろう時刻までのシミュレーションが行われる。そして、車両１００が車線ａをそのまま走行した場合と、車線ｂにすぐに移動して走行した場合とにおける旅行時間のシミュレーションが行われ、例えば車線ｂに移動した方がリンクを最速で通過できると判断された場合には車線ｂへ移動する。

上記のように、シミュレーションがされた後、所定の時間Δｔが経過した後に再度上述のシミュレーションを行う。そのシミュレーションの際、利用される車両位置データは、直前（時刻ｔ）のシミュレーションによる結果又はリアルタイム情報により修正された結果が利用される。Δｔ経過後のリンクの状態を示したものが図２である。図２に示すように、時刻ｔ（図１）からΔｔ経過するとリンク上の車両の位置はそれぞれ変化し、Δｔ経過後は車両１００は車線ａから車線ｂへ移動していることがわかる。なお、図２に示す車両の一部である車両２０１、２０２については、Δｔ経過後のシミュレーションにおいてリアルタイム情報により修正された結果（車両位置）が利用されている。なお、上述のように、所定の時間Δｔおきにシミュレーションを行うのではなく複数回をランダムに行う、例えば最初は粗く、シミュレーションの回数が増すごとに細かい時間間隔でシミュレーションを行ってもよく、その逆でもよい。

次に、車両１００が車線を変更するタイミングについて図３を用いて説明する。図３に示すように、時刻ｔでシミュレーションを行い、その結果、車両１００の右隣に他の車両が存在するため、車両１００が車線ｂへ移動できない場合、シミュレーションを行い、車線変更の条件が整うまでの時間を計算する。車線変更が可能か否かの条件は以下のように決定する。ＴＴＣ（Time- To-Collision：衝突余裕時間）の閾値をあらかじめ設定し、車両１００の前後におけるＴＴＣが所定の閾値以上の場合に車線変更可能と判断する。ＴＣＣは以下の式で計算される（http://robotics.iis.u-tokyo.ac.jp/pdf/Safety.pdf）。

ＴＴＣ(ｔｃ)＝−ｘ_ｒ／ｖ_ｒ（＝−（ｘ_ｆ−ｘ_ｐ）／（ｖ_ｆ−ｖ_ｐ））

ここで、ｘ_ｆは後方の車両の位置、ｘ_ｐは前方の車両の位置、ｖ_ｆは後方の車両の速度、ｖ_ｐは前方の車両の速度であり、図３に示す車両１００と車両３０１との関係では、ｘ_ｆは後方の車両１００の位置、ｘ_ｐは前方の車両３０１の位置、ｖ_ｆは後方の車両１００の速度、ｖ_ｐは前方の車両３０１の速度であり、図３に示す車両１００と車両３０２との関係では、ｘ_ｆは後方の車両３０２の位置、ｘ_ｐは前方の車両１００の位置、ｖ_ｆは後方の車両３０２の速度、ｖ_ｐは前方の車両１００の速度である。このようにして、現在からはじめて車線変更条件を満たす時間を現在車線を走行する空走時間として計画をする。

上述した内容以外にも様々なバリエーションが考えられる。流出車線が決まっている場合（例えば、次のリンクは右折で進入する場合や右側のリンクへ車線変更を入れる制限がある場合など）や、車線が途中で増える／減る場合（車線シーケンスの有り得る組み合わせを仮想の車線として表現する）や、車線が長すぎて一度の車線変更では最適でないと思われる場合（途中で何度も再計算を行うので、複数回の車線変更を行うパターンは除くようにする）などが考えられる。

また、上述したリアルタイム情報の収集方法の一例について説明する。自車両による周辺認識結果を活用する方法がある。これにより、レーダー、画像による直近の車両の存在や速度がわかり、場合によっては数車両先までのセンシングが可能となる。また、Ｖ２Ｖ（Vehicle to Vehicle）、Ｖ２Ｉ（Vehicle to Infra）による位置、速度の相互共有方法がある。これにより、確実に把握でき、リンク単位であれば比較的収集しやすい。また、インフラによる位置、速度の観測結果の配信方法がある。レーダー、カメラによる観測で、センターベースのプローブカーシステムがある。

また、上述したシミュレーションの方法の一例について説明する。まず1つ目の方法としてマイクロシミュレーションがある。これは、Gazisモデル、Generalized Forceモデルなど追従モデルによるシミュレーションであり、リンク端での流入量と道路形状さえ得られればシミュレーションが可能となる（http://arxiv.org/pdf/cond-mat/9806243.pdf）。２つ目の方法としてオンラインキャリブレーションがある。これは、リアルタイムの交通量情報で随時修正するシミュレーションであり、通常は交通量のセンシングデータを用いて補正するが、リンク内では実施の車両位置が得られるため、車両位置、速度の補正のみで対応できる（http://siam.org/pdf/news/1239.pdf）。

ここで、本発明の実施の形態に係る車線変更計画装置の一例について図４を用いて説明する。ここでの車線変更計画装置は、車両一台一台がシミュレータを有し、他の車両の情報を得てシミュレーションは各装置が行う。また、ターンアラウンドタイムを考慮するとセンター側の交通シミュレーションはリンク内での利用には向かない。逆に、リンク内交通流シミュレーションの結果をセンター側で統合して、より正確な大域交通シミュレーションが可能となる（図５を参照）。

図４に示すように、車線変更計画装置は、例えば、通信モジュール部４０１、リンク内車両位置検知モジュール部４０２、交通シミュレータ部４０３、リンク内経路計画モジュール部４０４、自動運転モジュール部４０５、車両制御部４０６、周辺監視モジュール部４０７から構成されている。通信モジュール部４０１は、他の車両（リンク内を走行する他の車両）や路側機器（例えば、路側に配置されたレーダー装置やカメラなど）との間で情報をやりとりするものである。

リンク内車両位置検知モジュール部４０２は、リンク内を走行する車両の位置を検知するものであり、検知された車両の位置の情報は、後述する交通シミュレータ部４０３が経路計画（どの車線が最速でリンクを通過することができるか）のシミュレーションを行う際に利用される。交通シミュレータ部４０３は、リンク内車両位置検知モジュール部４０２によって検知されたリンク内を走行する車両の位置の情報などを利用して、どの車線が最速でリンクを通過することができる車線であるかをシミュレーションするものである。

リンク内経路計画モジュール部４０４は、交通シミュレータ部４０３によってシミュレーションされた結果に基づいて、最速でリンクを通過できる車線を選択するものである。自動運転モジュール部４０５は、選択された車線が現在走行している車線でない場合に、選択された車線へ車両を移動させるように後述する車両制御部４０６へ指令を伝達する。車両制御部４０６は、自動運転モジュール部４０５からの指令に基づいて、選択された車線へ車両を移動させるものである。周辺監視モジュール部４０７は、車両周辺に存在する車両などを監視するものであり、例えばレーダー装置やカメラなどにより周辺の車両の速度などを監視するものである。

また、本発明の実施の形態に係る車線変更計画装置による処理フローについて図６を用いて説明する。図６に示すように、リンク内経路計画モジュールと自動運転モジュールとに分かれている。まず、実際の車両位置、速度などを各種データソースから収集する（ステップ６０１）。すなわち、通信モジュール部４０１によって、他の車両（リンク内を走行する他の車両）や路側機器（例えば、路側に配置されたレーダー装置やカメラなど）などから情報を取得したり、リンク内車両位置検知モジュール部４０２によって、リンク内を走行する車両の位置を検知したりする。

次に、現在の車線のリンク端までの予想到達時刻のシミュレーションを行い（ステップＳ６０２）、各車線を通った場合のリンク端への到着時刻を算出する（ステップＳ６０３）。すなわち、交通シミュレータ部４０３によって、取得された車両の速度の情報や、リンク内車両位置検知モジュール部４０２によって検知されたリンク内を走行する車両の位置の情報などを利用して、どの車線が最速でリンクを通過することができる車線であるかをシミュレーションする。

そして、現在走行する車線が最速でリンクを通過することができるか判断し（ステップＳ６０４）、最速でない場合には車線移動の指示を行う（ステップＳ６０５）。すなわち、自動運転モジュール部４０５によって、選択された車線が現在走行している車線でない場合に、選択された車線へ車両を移動させるように車両制御部４０６へ指令を伝達する。車線移動の指示を行った後、車線移動が必要か否かを判断し（ステップＳ６０６）、必要である場合、車線移動が可能になるまで待ち（ステップＳ６０７）、その後車線を移動する（ステップＳ６０８）。すなわち、車両制御部４０６によって、自動運転モジュール部４０５からの指令に基づいて、選択された車線へ車両を移動させる。

一方、ステップＳ６０６において、車線移動が必要でない場合には現在走行する同じ車線を追従走行（ＡＣＣ：Adapted Cruse Control）する（ステップＳ６０９）。また、ステップＳ６０５において、車線移動の指示を出した後、Δｔの間を走行して（ステップＳ６１０）、再度ステップＳ６０１に戻り、同様の処理を行う。また、ステップＳ６０２において、シミュレーションを行う際、車線変更可能のタイミングをシミュレーションして予測する（ステップＳ６１１）。

なお、上述した本発明の実施の形態では、模式的なブロック図を用いて説明を行ったが、これらのブロック図に記載されている各ブロックは、ハードウェア及び／又はソフトウェアによって実現可能である。また、フローチャートによって表されている動作は、ハードウェア及び／又は各処理を定めたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）によって実行させることによって実現可能である。

本発明に係る車線変更計画装置及び車線変更計画方法は、いつ車線変更をするべきかの計画を立てられることにより、旅行時間の削減や安全性向上につなげることができるため、リンク経路内での車線変更計画を行う車線変更計画装置などに有用である。

１００、２０１、２０２、３０１、３０２ 車両
４０１ 通信モジュール部（取得手段）
４０２ リンク内車両位置検知モジュール部
４０３ 交通シミュレータ部（算出手段）
４０４ リンク内経路計画モジュール部（選択手段）
４０５ 自動運転モジュール部
４０６ 車両制御部（制御手段）
４０７ 周辺監視モジュール部

Claims (12)

1. 所定の車両が走行する出発地から目的地までの経路であって少なくともその一部に複数車線を有する道路を含む経路を複数に区分けしたリンクであって、複数の車線を有する前記リンク内における前記所定の車両の車線変更を計画する車線変更計画装置であって、
   前記リンクを走行する他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を取得する取得手段と、
   取得された前記他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を用いて、現在走行している車線及び他の車線をそれぞれ走行した場合の前記リンクの終端を通過する際の予想時刻を所定のシミュレーション手法により算出する算出手段と、
   算出されたそれぞれの車線における予想時刻のうち、最も早い予想時刻に前記リンクの終端を通過する車線を選択する選択手段と、
   選択された前記車線が現在走行している車線でない場合に、選択された前記車線へ前記所定の車両を移動させるよう制御する制御手段とを、
   備える車線変更計画装置。
2. 前記算出手段は、前記所定のシミュレーション手法により前記予想時刻を算出する際、複数回算出する請求項１に記載の車線変更計画装置。
3. 前記算出手段は、前記複数回算出する場合、所定の時間間隔で算出する請求項２に記載の車線変更計画装置。
4. 前記算出手段は、前記リンクの終端を通過する予想時刻を前記複数回算出する際、直前の算出結果により導き出される前記リンク上に存在する車両の位置情報、又は所定の収集方法により収集されたリアルタイムによる前記リンク上に存在する車両の位置情報を用いる請求項２又は３に記載の車線変更計画装置。
5. 前記制御手段は、前記選択された車線へ前記所定の車両を移動させる場合、所定の車線変更条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断した場合に前記所定の車両を選択された車線へ移動させるよう制御する請求項１から４のいずれか１つに記載の車線変更計画装置。
6. 前記所定の車線変更条件は、前記制御手段によって算出される、前記選択された車線における前記所定の車両の前方車両及び後方車両との間の衝突余裕時間それぞれが所定の閾値以上であるという条件である請求項５に記載の車線変更計画装置。
7. 所定の車両が走行する出発地から目的地までの経路であって少なくともその一部に複数車線を有する道路を含む経路を複数に区分けしたリンクであって、複数の車線を有する前記リンク内における前記所定の車両の車線変更を計画する車線変更計画装置により実行される車線変更計画方法であって、
   前記リンクを走行する他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を取得する取得ステップと、
   取得された前記他の車両の速度情報及び前記他の車両の車両位置情報を用いて、現在走行している車線及び他の車線をそれぞれ走行した場合の前記リンクの終端を通過する際の予想時刻を所定のシミュレーション手法により算出する算出ステップと、
   算出されたそれぞれの車線における予想時刻のうち、最も早い予想時刻に前記リンクの終端を通過する車線を選択する選択ステップと、
   選択された前記車線が現在走行している車線でない場合に、選択された前記車線へ前記所定の車両を移動させるよう制御する制御ステップとを、
   有する前記車線変更計画装置により実行される車線変更計画方法。
8. 前記算出ステップでは、前記所定のシミュレーション手法により前記予想時刻を算出する際、複数回算出する請求項７に記載の車線変更計画方法。
9. 前記算出ステップでは、前記複数回算出する場合、所定の時間間隔で算出する請求項８に記載の車線変更計画方法。
10. 前記算出ステップでは、前記リンクの終端を通過する予想時刻を前記複数回算出する際、直前の算出結果により導き出される前記リンク上に存在する車両の位置情報、又は所定の収集方法により収集されたリアルタイムによる前記リンク上に存在する車両の位置情報を用いられる請求項８又は９に記載の車線変更計画方法。
11. 前記制御ステップでは、前記選択された車線へ前記所定の車両を移動させる場合、所定の車線変更条件を満たすか否かを判断し、満たすと判断した場合に前記所定の車両を選択された車線へ移動させるよう制御される請求項７から１０のいずれか１つに記載の車線変更計画方法。
12. 前記所定の車線変更条件は、前記制御ステップで算出される、前記選択された車線における前記所定の車両の前方車両及び後方車両との間の衝突余裕時間それぞれが所定の閾値以上であるという条件である請求項１１に記載の車線変更計画方法。