JP2016015137A - 車両用自律走行システム及び該自律走行システムによる運転を実施するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動操縦車両の運転者が介入動作を行うために道路へ目を向け続ける必要がなくなるよう、走行システムをユーザフレンドリーに改善する自律走行システムを提供する。
【解決手段】周囲関連及び車両関連のデータをセンサにより評価して、自律走行運転を実施する計算機ユニット６が設けられている。周囲関連及び車両関連のデータの評価により運転者の介入動作に必要とされるリードタイムを算出するリードタイム計算機７と、車両関連データの評価により運転者のリアクションタイムを算出するコンフォートタイム計算機８が設けられている。コンフォートタイム計算機８は、リードタイムとリアクションタイムとを継続的に比較し、リードタイムとリアクションタイムの差分形成によりコンフォートタイムを継続的に算出する。コンフォートタイムがゼロよりも大きければ対応措置は導入されず、コンフォートタイムがゼロに到達するとはじめて対応措置が導入される。
【選択図】図１

Description

本発明は、周囲関連及び車両関連のデータをセンサによって評価し、これらのデータに基づき自律走行運転を実行する計算機ユニットが設けられている車両用自律走行システムないしはこの車両用自律走行システムによる運転を実施するための方法に関する。

車両のために自律走行システムを設けることは知られており、このシステムはセンサを利用して車両周囲を監視する。それらの走行システムはこれまで、運転者の目下の状態を能動的に取り入れてはおらず、そのため、運転者は自律走行運転中、多かれ少なかれ道路に目を向け続けていなければならなかった。

したがって本発明の課題は、車両自律走行システムを改善することにある。

本発明によればこの課題は、計算機ユニットに帰属してリードタイム計算機が設けられており、該リードタイム計算機は、周囲関連及び車両関連のデータの評価により、運転者の介入動作に必要とされるリードタイムｔ_vを算出し、前記計算機ユニットに帰属してコンフォートタイム計算機が設けられており、該コンフォートタイム計算機は、前記車両関連のデータの評価により、運転者のリアクションタイムｔ_Rを算出し、前記コンフォートタイム計算機は、
・前記リードタイムｔ_vと前記リアクションタイムｔ_Rとを継続的に比較し、該比較に基づき、前記リードタイムｔ_vと前記リアクションタイムｔ_Rとの差分形成により求められるコンフォートタイムｔ_kを算出し、
・前記コンフォートタイムｔ_kがゼロよりも大きければ、対応措置を導入せず、
・コンフォートタイムｔ_kがゼロに到達するとはじめて、例えば運転者に対する事前警告、及び／又は走行システムのモード切替、及び／又は最大でゼロに至る車両速度の低減など、対応措置を導入することを特徴とする、車両用自律走行システムにより解決される。

従来のシステムに対し、請求項１に記載の特徴を備えた本発明による車両用自律走行システム、及び請求項１０に記載の特徴を備えた本発明による車両用自律走行システムによる運転を実施するための方法が奏する利点とは、自律走行モード中、運転者にある程度の自由を与えることができ、特に運転者が道路を見続けなくてもよくなり、それにもかかわらず安全性がさらに高められる、という点にある。特に、危険な状況において車両の制御の引き継ぎを、適切な時点で運転者に指示することができる。運転者の注意が過度に逸れている場合には、著しく早い時点で対応措置を導入することができ、例えば速度を低減して車両を安全な状態に移行させることができ、場合によっては緊急停止に至るまで制動することができる。その際に著しく有利であるのは、運転者がともかく危険を識別しており、それに応じてリアクションをとっていることを、本発明による走行システムが検出した、ということから、特定の状況において運転者に対し不必要に警告を発生させる必要がないことである。

従属請求項及び以下の説明には、本発明のその他の有利な実施形態が示されている。

コンフォートタイムの算出のために、リアクションタイムｔ_Rにシステムリアクションタイムｔ_SYSを加え、さらにセーフティタイムｔ_Sを加えた合計と、リードタイムｔ_vとの差分形成を行うようにすれば、自律走行システムの安全性がさらに向上する。

また、既に先を見越して、リアクションタイムｔ_Rの低減を行えば、自律走行システムの安全性がさらに向上する。このようなリアクションタイムｔ_Rの低減は、
・走行システムにより長いリアクションタイムｔ_Rが定められているときに、運転者に向けて発せられたトレーニングメッセージを確認させること、
及び／又は、
・走行システムから運転者へ、この運転者の注意力を高めるメッセージを発信すること、によって行われる。

コンフォートタイム計算機が、ユーザにより予め設定可能な２つのメイン動作モードを有するようにすれば、ユーザにとって極めて快適な走行システムが得られる。この場合、第１の動作モードはユーザ快適性優先型で設計されており、この動作モードでは、一定のコンフォートタイムｔ_kが設定されていて、この一定のコンフォートタイムｔ_kは、
・走行システムへの時間設定として、ユーザにより直接、入力可能である、
及び／又は、
・予め定められたサブモード設定として、予め設定可能である、
及び／又は、
・運転者状態の識別により自動的に算出することも可能である。
これに対し択一的に、第２の動作モードは走行優先型で設計されており、この動作モードでは、運転者は走行を開始するときに、注意力を高める態勢が整っていることを走行システムに入力し、これに応じてコンフォートタイムｔ_kが小さく設定され、走行速度が高められた走行システムの設定が生じる。

走行システムは警告を発するたびに、走行システムによりシステム側で計算されたリアクションタイムｔ_Rの較正を実施し、この較正において、システム側で計算されたリアクションタイムｔ_Rと測定されたリアクションタイムとの比較が行われるようにすれば、自律走行システムの安全性がさらに向上する。

有利であるのは、走行システムがユーザのリードタイムｔ_vを表示できるようすることである。

さらに、車両速度を設定された限界内で自動的に制御できるようにすると有利であり、このような車両速度の制御は、求められたリードタイムｔ_vと運転者のリアクションタイムｔ_Rとに依存して行われる。さらにこの場合、他の道路使用者を妨害してはならない、ということを考慮することができる。

次に、本発明の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明による車両用自律走行システムの基本構造を示すブロック図。 第１の実施形態に基づく制御パラメータに関する第１の推移を例示したグラフ。 第２の実施形態に基づく制御パラメータに関する第２の推移を例示したグラフ。

図１には、本発明による車両用自律走行システム１の基本構造がブロック図で示されている。自律走行システム１は、車両の操縦に対する運転者の責任を少なくとも一時的に肩代わりしようというものである。

走行システム１は、運転者側の分岐と車両側の分岐とを有し、この図では運転者側の分岐を運転者シンボル２で表し、車両側の分岐を車両シンボル３で表す。

車両側の分岐において、センサ５を介して車両周囲が監視され、車両周囲のデータが接続ライン２０を介して計算機ユニット６へ供給され、それらのデータに基づき計算機ユニット６は、車両状態レポート、センサ有効範囲、及び障害物までの距離を求め、それらは接続ライン２１を介してリードタイム計算機７へ供給される。つまり計算機ユニット６は、従来の自律システムのすべての役割を果たし、本発明によればこれがリードタイム計算機７及びコンフォートタイム計算機８によって拡張される。自律走行システム１は、センサ５によって周囲を監視する。この監視に基づき自律走行システム１は、周囲及び車両に関連するデータを利用して周囲のモデルを算出し、車両に対し必要とされる対処動作を決定する。システムが対処動作の必要性を識別した時点から、その対処動作を実施しなければならない時点までの期間を、以下ではリードタイムｔ_vと称する。リードタイムｔ_vは、自律走行システム１がまだ確実に制御された状態にある残り時間を表す。その後では、運転者の介入動作が必要とされる。

リードタイムｔ_vは、特に以下の影響量の作用を受ける。まず挙げておくべきものは車両速度であり、その理由は、速度が高くなるとリードタイムｔ_vが短くなるからである。さらにセンサ有効範囲も挙げておかなければならない。それというのも、例えば霧が発生した場合など、センサ有効範囲が短くなると、リードタイムｔ_vが短くなるからである。また、交通量が増えると、マルチターゲット能力など自律走行システム１の設計次第では、論理的なセンサ有効範囲が狭まり、ひいてはリードタイムもそれに応じて短くなる。さらに、センサが故障したときに、やはりリードタイムｔ_vが短くなる場合もあるので、センサの可用性も挙げておかねばならない。最後に、障害物も挙げておく必要がある。その理由は、例えば車線が狭まるといった障害物の発生により、その距離に応じてリードタイムｔ_vが短くなるからである。

リードタイムｔ_vはリードタイム計算機７において、基本的に車両及び周囲に関連するデータに基づき計算され、接続ライン２２を介してコンフォートタイム計算機８へ供給される。コンフォートタイム計算機８と計算機ユニット６との間において、接続ライン２３を介して時間に基づく制御の問い合わせが取り交わされる。

コンフォートタイム計算機８の別のパラメータは、運転者側の分岐におけるリアクションタイムｔ_Rと、その運転者の全般的な運転者状態であり、このために運転者に関連するデータが評価される。

運転者が危険な状況を認識して、自律走行に介入するために必要とされる時間を、リアクションタイムｔ_Rと称する。リアクションタイムｔ_Rの長さないしは期間は、主として運転者の視線が逸れている度合いに依存するが、運転者の注意力及び姿勢もしくは存在位置にも影響を受ける可能性がある。本発明による走行システム１は、カメラ及び車両操作部材に設けられたセンサを介して、運転者２を監視する。これらのセンサは、運転者が現在、どのような操作プロセスにあるのかを検出し、そのようにして車両関連データを算出する。これについて例として挙げられるのは、視線方向、特に目の焦点及び顔の向きなどである。このようにして、車両内での運転者の現在の存在位置を検出可能であり、例えば座席の塞がり方、及び／又はペダルとの接触、及び／又はハンドルとの接触、及び／又はシステムの操作などから、現在の存在位置を求めることができる。さらに、モバイル端末機器の利用も関与させることができ、例えばメディア消費量、電話をかけたり移動無線機器を操作したりすること、運転者が目覚めているのか眠いのかといった運転者の状態の推定なども、関与させることができる。

これらに加え、既に述べた交通状況や、視界、降雨（例えば縞模様を残しながら動作するウィンドワイパ）等々といった要因も、当然ながらユーザのリアクションタイムに影響を及ぼす。なぜならば、錯綜した状況もユーザにとって状況把握を難しくするものだからであり、もしくはリアクションタイムを長くしてしまうものだからである。

そしてこれらのデータに基づいて、走行システム１は運転者状態モデルを構築し、これは有利にはコンフォートタイム計算機８において形成され、それに基づきモデルベースもしくは経験ベースで、最も見込みの高いリアクションタイムｔ_Rを導出する。このリアクションタイムｔ_Rは、運転者が自律走行システム１を解除もしくは支援するのに必要とされる時間であり、これを警告時間と呼ぶこともできる。図１では、運転者状態の決定をブロック「ユーザモニタ１０」によって表されており、これはリアクションタイムｔ_Rと全般的な運転者状態を、接続ライン２４を介してコンフォートタイム計算機８へ送出する。ユーザモニタ１０はユーザを監視し、現在のリアクションタイムｔ_Rと運転者の現在の状態を継続的に求める。さらにユーザモニタ１０は、例えば計算されたリードタイムｔ_vなどのデータを表示する。

本発明によればコンフォートタイム計算機８は、リードタイムｔ_vをリアクションタイムｔ_Rと比較する。リアクションタイムｔ_Rと、有利にはこれに加えてシステムリアクションタイムｔ_SYSと、有利にはさらにセーフティタイムｔ_Sとを加えた合計が、リードタイムｔ_vよりも短ければ、走行システム１は現在、コンフォートゾーン１５に属していることになり、このゾーンではコンフォートタイムｔ_k＞０である。コンフォートタイムがゼロであることを、コンフォートタイム計算機８が検出すると、コンフォートタイム計算機８は対応措置の導入を試み、運転者に注意力アップを要請し、運転者に対する事前警告を行うようにする。コンフォートタイム計算機８の接続ライン２６を介して、所定の警告レベルの送出もしくは車両運転引き継ぎの要請が行われ、このことはブロック「ユーザ警告１１」によって表されている。検出された運転者状態から、運転者がもはや最大の注意を払っていることが既に示唆されていて、したがってさらに下回る可能性のないｔ_R＝ｔ_Rminが成り立っている場合には、警告は発せられない。これに対する代案として、又はこのことに加えて、リードタイムｔ_vに対するルール設定を予め与えることで、計算機ユニット６によって表された自律システムを、いっそう安全なモードへの切替に移行させることができる。これによって例えば、車両速度を最大で速度ゼロまで減少させることができ、これは緊急時に相応する。したがって走行システム１は、リアクションタイムｔ_Rもしくは運転者の警告時間を、残りのリードタイムｔ_vと継続的に比較することができ、このようにすれば、危険な状況にある運転者に対し車両の制御の引き継ぎを、適切な時点で指示することができる。

運転者が過度に視線ないしは注意を逸らしており、リアクションタイムｔ_Rもしくは警告時間が長いことを、走行システム１が推定もしくは算出すると、既に早期にこれに対応する措置がとられ、例えば、必要に応じて緊急停止に至るまで車両を制動したり、又はこれとは別の手法で、車両を安全な状態に移行させる。ここで有利であるのは、運転者が既に危険を識別し、それに対応してリアクションをとっていることを、走行システム１が検出した場合、特定の状況において運転者に対する警告発生を阻止できることである。

さらに別の有利な拡張形態は、運転者のリアクションタイムｔ_Rの制限、もしくは運転者に対する警告時間の意図的な短縮であり、これは、リアクションタイムｔ_Rが過剰に長いと推定されたときに運転者に対し、トレーニングメッセージの確認又は注意力アップを要求することによって行われる。また、車両速度を、設定された限界内で自動的に制御することもでき、これは所定のリードタイムｔ_vに応じて行われる。これによれば、速度上昇によって他の道路使用者を妨害してはならない、ということが配慮される。

これに加え、ユーザによってなされるモード選択によって、システム特性を変更することができる。このようなモード選択は、ブロック「モード入力１２」によって表されている。接続ライン２７を介して、モードがコンフォートタイム計算機８へ伝達される。コンフォートタイム計算機８は、２つのメイン動作モードを有しており、即ち第１のメイン動作モードと第２のメイン動作モードを有している。ユーザは、これらの動作モード間で選択を行うことができる。第１のメイン動作モードは、ユーザ快適性優先型である。ユーザは、特定のコンフォートタイムｔ_kを走行システムにセットすることができる。これによって計算機ユニット６により表された慣用の自律システムは、ユーザが望むコンフォートタイムｔ_kを維持できるように制御される。このことは、車両速度の制御によって実施され、及び／又は、必要に応じてルート選択によっても実施される。ユーザは、第１のメイン動作モードを選択するために、コンフォートタイムｔ_kの時間設定を直接行うことができ、及び／又は、サブメニューの選択もしくは車両システムのサブモード設定を行うことができる。また、運転者が現在おかれている状態を自動的に識別することによって、間接的に選択することもできる。この場合、走行システム１は、読書、インターネット閲覧、会話など許容された状態を、例えば居眠り、起立等の許容できない状態と区別しなければならない。

第２のメイン動作モードは走行優先型であり、即ち、いっそうスピーディな車両タイプが設定され、その結果として生じるコンフォートゾーン１５は相応に小さくなる。ただしこの場合、ユーザはいっそう多くの注意を払う必要があり、片手間の作業をことごとく止めなければならない。ブロック「モード入力１２」における入力によって、ユーザはこれら両方のメイン動作モードのセットを行うことができる。

システムリアクションタイムｔ_SYSは、識別された交通状況に基づき自律的な対処走行動作を実施するために自律システムが必要とする時間である。緊急停止の例を挙げるならば、システムリアクションタイムは、システム処理時間に制動時間と安全余裕を加えたものである。

セーフティタイムｔ_Sは、リアクションタイムｔ_Rの推定もしくはリアクションタイムｔ_Rの算出の誤差を補償するために、システムが予め見越した余裕時間である。

ブロック「制御パラメータ１４」により、接続ライン２５を介してコンフォートタイム計算機８へ、安全余裕時間が伝達される。

次に、図２及び図３のグラフを参照して、制御パラメータの推移について例示しながら説明する。図２及び図３には横軸として、処理推移時間もしくは監視対象期間が書き込まれており、縦軸としてリードタイムｔ_vが書き込まれている。実線１６は、先行して算出されるリードタイムｔ_vの推移を表す。システムの監視対象期間中、時点Ａにおいて障害物が出現する。システムにより算出されたリードタイムｔ_vに基づき、運転者のリアクションタイムｔ_Rと、セーフティタイムｔ_Sと、システムリアクションタイムｔ_SYSを、このリードタイムｔ_vから差し引くと、コンフォートゾーン１５を意味するバッファが得られる。システムリアクションタイムｔ_SYSの推移は、破線１７によって表されている。これに加えられる態様で、運転者のリアクションタイムｔ_Rが続き、これは破線１８によって表されている。セーフティタイムｔ_Sは、破線１９によって表されている。ライン１８と１９との間で、コンフォートゾーン１５が推移する。コンフォートゾーン１５では、常にじかに道路に目を向け続ける必要がない。この場合、障害物が近づいてきているので、リアクションタイムｔ_Rを伴う運転者の目下の注意力状態では、時点Ｂにおいてコンフォートタイムｔ_kがゼロとなり、つまりこのとき運転者は、コンフォートゾーン１５から離れてしまうことになる。

そこで本発明によれば時点Ｂにおいて、ユーザに対する事前警告を行って、ユーザを注意力アップへと促し、このことで最小のリアクションタイムｔ_Rminが発生し、その結果、再びまだいくらかコンフォートタイムｔ_kが残るようになり、つまりコンフォートゾーン１５が維持されるようになる。時点Ｃにおいて走行システム１は、ユーザをもはやコンフォートゾーン１５に留めておけないことを検出し、運転者への引き継ぎを実行し、もしくは自律動作を終了させる。時点Ｄにおいて、自律動作が終了する。

図３には、システム構成の別の選択肢が示されている。これによれば時点Ｃにおいて、緊急停止のような緊急対処動作がただちに実行される。

さらにシステム１は、警告を発するたびに、推定されたリアクションタイムｔ_Rの較正を実施する。この較正は、推定されたもしくはシステム側で計算されたリアクションタイムｔ_Rと測定されたリアクションタイムとの比較によって行われる。さらにシステム１は、例えばユーザモニタ１０において、ユーザのリードタイムｔ_vを表示することもできる。

本発明による自律走行システムによって、公知の自律走行システムを有利に補うことができる。

Claims (10)

1. 周囲関連及び車両関連のデータをセンサによって評価し、前記データに基づき自律走行運転を実行する計算機ユニットが設けられている車両用自律走行システムにおいて、
   前記計算機ユニット（６）に帰属してリードタイム計算機（７）が設けられており、該リードタイム計算機（７）は、前記周囲関連及び車両関連のデータの評価により、運転者の介入動作に必要とされるリードタイムｔ_vを算出し、
   前記計算機ユニット（６）に帰属してコンフォートタイム計算機（８）が設けられており、該コンフォートタイム計算機（８）は、前記車両関連のデータの評価により、運転者のリアクションタイムｔ_Rを算出し、
   前記コンフォートタイム計算機（８）は、
   ・前記リードタイムｔ_vと前記リアクションタイムｔ_Rとを継続的に比較し、該比較に基づき、前記リードタイムｔ_vと前記リアクションタイムｔ_Rとの差分形成により求められるコンフォートタイムｔ_kを算出し、
   ・前記コンフォートタイムｔ_kがゼロよりも大きければ、措置を導入せず、
   ・前記コンフォートタイムｔ_kがゼロに到達するとはじめて、例えば運転者に対する事前警告、及び／又は走行システム（１）のモード切替、及び／又は最大でゼロに至る車両速度の低減など、対応措置を導入する
   ことを特徴とする、
   車両用自律走行システム。
2. 前記コンフォートタイムの算出のために、前記リアクションタイムｔ_Rにシステムリアクションタイムｔ_SYSを加え、さらにセーフティタイムｔ_Sを加えた合計と、前記リードタイムｔ_vとの差分形成を行う、
   請求項１に記載の自律走行システム。
3. 既に先を見越して、前記リアクションタイムｔ_Rの低減が行われ、該リアクションタイムｔ_Rの低減は、
   ・前記走行システム（１）により長いリアクションタイムｔ_Rが定められているときに、前記運転者に向けて発せられたトレーニングメッセージを確認させること、
   及び／又は、
   ・前記走行システム（１）から前記運転者へ、該運転者の注意力を高めるメッセージを発信すること、
   によって行われる、
   請求項１又は２に記載の自律走行システム。
4. 前記コンフォートタイム計算機（８）は、ユーザにより予め設定可能な２つのメイン動作モードを有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の自律走行システム。
5. 第１の動作モードはユーザ快適性優先型で設計されており、該動作モードでは、一定のコンフォートタイムｔ_kが設定されていて、該一定のコンフォートタイムｔ_kは、
   ・前記走行システム（１）への時間設定として、ユーザにより直接、入力可能である、
   及び／又は、
   ・予め定められたサブモード設定（１２）として、ユーザにより予め設定することも可能である、
   及び／又は、
   ・運転者状態の識別により自動的に算出することも可能である、
   請求項４に記載の自律走行システム。
6. 第２の動作モードは走行優先型で設計されており、該動作モードでは、運転者は走行を開始するときに、注意力を高める態勢が整っていることを前記走行システム（１）に入力し、該入力に応じて前記コンフォートタイムｔ_kが小さく設定され、走行速度が高められた前記走行システム（１）の設定が生じる、
   請求項４に記載の自律走行システム。
7. 前記走行システム（１）は、警告を発するたびに、前記走行システム（１）によりシステム側で計算されたリアクションタイムｔ_Rの較正を実施し、該較正において、システム側で計算されたリアクションタイムｔ_Rと測定されたリアクションタイムとの比較が行われる、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の自律走行システム。
8. 前記走行システム（１）は、前記リードタイムｔ_vをユーザに表示する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の自律走行システム。
9. 前記車両速度は、設定された限界内で自動的に制御可能であり、前記車両速度の制御は、算出された前記リードタイムｔ_vと運転者の前記リアクションタイムｔ_Rとに依存して行われる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の自律走行システム。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の自律走行システム（１）による運転を実施するための方法。

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