JP2022105922A - 制御システム、車載装置、および管制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単独で自動運転ができず車両制御の補助が必要な車載装置において、車両制御に関する安全性の保証と可用性の向上を両立させる。【解決手段】上記課題を解決するための制御システム０は、時刻同期された車載装置１と管制装置２で構成される制御システム０において、前記車載装置１を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部２２５と、前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部１３と、前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置１に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部１４と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、制御システム、車載装置、および管制装置に関する。

車両の自動運転を実現するための既存技術として、特開２０２０－４５０９０号公報（特許文献１）に記載の技術がある。この公報には、「車両制御補助の自動運転の態様を提供する」ことを課題とし、解決手段として、「車両の自動運転制御補助方法は、環境に車両と別に配置された少なくとも一つのセンサによって収集された、前記環境に関する感知情報を取得するステップと、取得された前記感知情報を処理することによって、前記環境における前記車両を含む複数の物体の関連情報を示す、前記環境に関する環境感知結果を決定するステップと、前記環境感知結果を前記車両に関連付けられた車側制御装置に提供することによって、前記車両の運転行動の制御を補助するステップとを含む」ことが記載されている。

また、特開２０２０－４２６４３号公報（特許文献２）において、「複数の通信装置間での通信処理が安定しない場合であっても、自動運転が行われる車両を安全に走行させる」ことを課題とし、解決手段として、「車両制御装置は、複数の通信装置の間での通信処理の通信周期を取得する取得部と、所定の通信周期を基準とする当該取得した通信周期の遅延時間が予め設定された閾値以上である場合、または複数の通信装置間での通信処理において再送制御が行われた場合、車両が物体と衝突しないように、車両の制動を開始する所定のタイミングにおける車両の速度を落とすか、若しくは所定のタイミングにおける減速度を上げる制御部と、を備える」ことが記載されている。

特開２０２０－４５０９０号公報 特開２０２０－４２６４３号公報

特許文献１では、単独で自動運転ができず車両制御の補助が必要な車両に対し、管制装置が車両に対して走行軌道に関する情報を送信することにより車両制御を補助し、当該車両は前記軌道情報に追従することにより車両制御を自動で行うことが可能である。

しかしながら、管制装置と車載装置の間の通信に発生する遅延を考慮していないため、管制装置で計算を行う時刻と車載装置で制御を行う時刻にずれが生じ、車両制御が安全であることを保証できないという問題がある。

一方、特許文献２では、管制装置と車載装置の間の通信周期に基づき通信遅延の閾値を設け、通信遅延が当該閾値を超えた場合に車両を減速または停止させることにより、車両制御の安全性を保証することが可能である。

しかしながら、管制装置が車載装置に送信した情報が有効な時間（すなわち許容される通信遅延量）は必ずしも通信周期に一致しない。例えば交差点の右折の場合、対向車両が接近している場合は許容される通信遅延は短く、対向車両が接近していない場合は許容される通信遅延は長い。したがって、通信遅延の閾値をあらかじめ定めた固定値で設定すると、安全のため閾値が悲観的に設定され、車両の減速や停止が頻繁に発生するという問題がある。

したがって、単独で自動運転ができず車両制御の補助が必要な車載装置において、車両制御に関する安全性の保証と可用性の向上を両立することが課題である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両制御の安全性を保証可能、かつ車両の減速や停止の発生回数を抑制することが可能な制御システム、車載装置、および管制装置を提供することにある。

上記課題を解決するための制御システムは、時刻同期された車載装置と管制装置で構成される制御システムにおいて、前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部と、前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部と、前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部と、を有する。

また、上記課題を解決するための車載装置は、車両外部に設置した管制装置と時刻同期される車載装置であって、前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を前記管制装置から受信する受信部と、受信した前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部と、前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部と、を有する。

また、上記課題を解決するための管制装置は、車載装置と時刻同期される管制装置であって、前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部と、前記走行可能時間の有効性を判定するために前記走行可能時間を前記車載装置へ送信する送信部と、を有する。

本発明によれば、車載装置と管制装置の間の通信において実際に発生した遅延を考慮して車両制御を行うため、車両制御の安全性を保証可能となる。また、走行軌道生成時の障害物等の状況に基づき走行可能時間を算出するため、走行軌道上に障害物等が存在しない場合および障害物等が接近していない場合においては許容される通信遅延時間が長くなり、車両の減速や停止の発生回数を抑制することが可能となる。

上記した以外の課題、構成および効果については、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１における制御システム０の構成を示した図である。 実施例１における制御システム０の機能ブロック構成ならびに全体動作フロー概要を示した図である。 車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３にそれぞれ含まれる時刻同期部１１において行う時刻同期の方法の例を示した図である。 車載装置１と管制装置２における時刻同期の方法の例を示した図である。 センシングデータ３２の例を示した図である。 センシングデータ３２を入力とし走行可能時間付き軌道情報２３を出力とする走行可能時間付き軌道算出部２２の機能ブロック構成ならびに処理フローを示した図である。 障害物検知部２２１により生成した障害物検知結果２２２の例を示した図である。 軌道算出部２２３が生成する軌道情報２２４の例を示した図である。 走行可能時間算出部２２５の処理フローの概要を示した図である。 走行可能時間算出部２２５が生成する走行可能時間付き軌道情報２３の例を示した図である。 図９の例における制御システム０および周囲の状況を模式的に表した図である。 走行可能性判定部１３の処理フローの概要を示した図である。 走行可能性判定部１３のT_followの算出処理に関する概要を示した図である。 軌道追従部１４における処理フローの概要を示した図である。 実施例２における制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。 独自走行可否判定部１５が生成する要求情報１５１の例を示した図である。 実施例３における制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。 実施例３における走行可能性判定部１３の処理フローの概要を示した図である。 実施例４における制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。 実施例４における走行可能時間付き軌道算出部２２における処理フローの概要を示した図である。 実施例４における走行可能時間付き軌道算出部２２が行う走行可能時間更新処理の概要を模式的に示した図である。

本実施例は、制御システムに関するものであって、特に車両が走行軌道に追従（軌道追従）して自律走行する自動運転を実現するための制御システムに関する。

以下、本発明に好適な実施形態の例（実施例）を図面を用いて説明する。

［実施例１］
＜制御システムの構成＞
図１は、実施例１における制御システム０の構成を示した図である。
制御システム０は、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３からなる。

車載装置１は、単独で自動運転ができず車両制御の補助が必要であり、管制装置２から車両制御を補助する情報を受け取ることにより自動運転を行う。例えば、車載装置１は、所定の状況下においては車両（自車）に搭載したセンサで取得した情報や地図情報などを用いて（単独で）自動運転が可能であるが、交差点などの特定の状況下においては単独で自動運転ができず、管制装置２から車両制御を補助する情報を受け取る（取得する）ことにより自動運転を行う。

管制装置２は、インフラセンサ３からの情報を基に車両制御を補助する情報を生成し、前記生成した情報を無線通信により車載装置１に送信する役割を持つ。管制装置２は、インフラセンサ３と車載装置１以外の制御装置であり、具体的にはサーバまたはクラウドまたはRSU（Road Side Unit）などである。

インフラセンサ３は、例えばカメラ、LIDARセンサ、レーダー、その他センシングデバイスといった、車載装置１を搭載した車両が通過する対象領域内の障害物の速度や距離などの情報を測定可能なセンサである。

＜制御システムの機能ブロック構成ならびに全体動作フロー概要＞
図２は、実施例１における制御システム０の機能ブロック構成ならびに全体動作フロー概要を示した図である。

まず、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３はそれぞれ時刻同期部１１を持ち、互いに時刻同期を行う。

次に、インフラセンサ３はセンシング部３１とセンシングデータ送信部３３を持つ。センシング部３１は、センシングデータ３２を生成する。例えばインフラセンサ３がカメラである場合、センシング部３１はCMOS（Complementary MOS）イメージングセンサであり、センシングデータ３２は画素情報データである。センシングデータ送信部３３は、センシングデータ３２を管制装置２に出力する。

続いて、管制装置２はセンシングデータ受信部２１と走行可能時間付き軌道算出部２２と走行可能時間付き軌道情報送信部２４を持つ。センシングデータ受信部２１は、インフラセンサ３からセンシングデータ３２を受け取り、前記センシングデータ３２を走行可能時間付き軌道算出部２２に入力する。走行可能時間付き軌道算出部２２は、センシングデータ３２に基づき、走行可能時間付き軌道情報２３を出力する。走行可能時間付き軌道情報送信部２４は、前記走行可能時間付き軌道情報２３を車載装置１に出力する。

車載装置１（詳しくは、車両制御を実施する制御ユニット）は走行可能時間付き軌道情報受信部１２と走行可能性判定部１３と軌道追従部１４を持つ。走行可能時間付き軌道情報受信部１２は、管制装置２から走行可能時間付き軌道情報２３を受け取り、前記走行可能時間付き軌道情報２３を走行可能性判定部１３に入力する。走行可能性判定部１３は、前記走行可能時間付き軌道情報２３に従い車載装置１を搭載した車両が走行可能か否か（すなわち、前記走行可能時間付き軌道情報２３が有効か否か）を判定し、走行可能と判定した場合に限り、前記走行可能時間付き軌道情報２３を軌道追従部１４に出力する。軌道追従部１４は、走行可能時間付き軌道情報２３を受け取ると、前記受け取った走行可能時間付き軌道情報２３に従い車載装置１を搭載した車両を移動させるための制御情報１９を出力する。

上記の動作フローによれば、単独で自動運転ができず車両制御の補助が必要である車載装置１に対し、管制装置２がインフラセンサ３からの情報を基に車両制御を補助する軌道情報を生成して当該軌道情報を車載装置１に送信し、車載装置１は前記軌道情報を受け取り追従制御を行うことにより、車載装置１を搭載した車両の自動運転が実現される。

＜時刻同期部＞
図３Ａは、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３にそれぞれ含まれる時刻同期部１１において行う時刻同期の方法の例を示した図である。この例においては、時刻同期部１１は、GNSS情報取得部１１０と絶対時刻算出部１１１で構成される。

時刻同期部１１に含まれるGNSS情報取得部１１０は、GNSS（Global Navigation Satellite System）から絶対時刻で表現された送信時刻を含んだデータを受け取る。この時、絶対時刻算出部１１１は、４つ以上の人工衛星からデータを受け取ることにより、自装置に搭載されている時計の誤差を算出することが可能となる。そのため、絶対時刻である衛星が送信した時刻と、時計誤差から、現在の絶対時刻を算出することが可能となる。これにより、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３の内部における時刻をすべて絶対時刻に同期する。

図３Ｂは、車載装置１と管制装置２における時刻同期の方法の例を示した図である。この例においては、車載装置１の時刻同期部１１は、補正情報送受信部１１２と時刻補正部１１３で構成される。また、管制装置２の時刻同期部１１は、補正情報送受信部１１２と時刻補正部１１３で構成される。

車載装置１の時刻同期部１１に含まれる補正情報送受信部１１２は、管制装置２に管制装置２の内部における時刻を問い合わせる通信メッセージを送信する。管制装置２の時刻同期部１１に含まれる補正情報送受信部１１２は、車載装置１から通信メッセージを受け取り、管制装置２内部の時刻情報を車載装置１に送信する。車載装置１の時刻同期部１１に含まれる時刻補正部１１３は、通信メッセージを送信してから管制装置２から時刻情報を受信するまでの時間を計測しておくことにより、管制装置２との間の通信遅延時間を補正する。これにより、車載装置１と管制装置２の内部における時刻を同期する。同様にして、管制装置２とインフラセンサ３の時刻も同期する。

なお、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３の内部における時刻が同期されていればよく、図３Ａによる手法または図３Ｂによる手法のみならず、それらの組み合わせによる方法やGNSS以外を用いた公知の時刻同期手法などを用いてもよい。

＜センシング部＞
本実施例においてはインフラセンサ３をフルハイビジョンでフレームレート７ｐのカメラとした場合で説明する。センシング部３１は、インフラセンサ３の内部に搭載されたCMOSイメージセンサであり、１秒間に７枚の画像（フレーム）を受像する。

＜センシングデータ＞
図４は、本実施例におけるセンシングデータ３２の例を示した図である。
センシングデータ３２は、インフラセンサ３の内部に搭載したセンシング部３１（CMOSイメージセンサ）で受像した情報を基に、1920×1080の２次元配列で各画素値（RGB）を０～２５５の整数値で表現したフレームの集合である。前記フレームは１秒間に７枚生成される。画像はこれ以外の表現形式（YUV）や、通信や符号化時に圧縮されて必要に応じて展開されても良く、またMPEG（Moving Picture Experts Group）形式などの所定のビデオデータ形式に圧縮されていてもよい。

＜センシングデータ送信部＞
センシングデータ送信部３３は、センシングデータ３２を管制装置２に送信する。

＜センシングデータ受信部＞
センシングデータ受信部２１は、センシングデータ３２を受信し、走行可能時間付き軌道算出部２２に渡す。

＜走行可能時間付き軌道算出部＞
図５は、センシングデータ３２を入力とし走行可能時間付き軌道情報２３を出力とする走行可能時間付き軌道算出部２２の機能ブロック構成ならびに処理フローを示した図である。

走行可能時間付き軌道算出部２２は、障害物検知部２２１と軌道算出部２２３と走行可能時間算出部２２５で構成される。

障害物検知部２２１は、センシングデータ３２を解析し、車両周辺（車載装置１を搭載した車両が通過する対象領域内）の障害物の有無およびその位置を表す障害物検知結果２２２を生成する（詳細は後で説明）。

一方、軌道算出部２２３は、管制装置２の担当する道路に固有の道幅および道路長および曲率半径およびレーン数の少なくとも１つを含む道路情報２２３１と、車載装置１を搭載した車両の目的地までの経路を含む車両経路情報２２３２と障害物検知結果２２２のどちらか１つもしくは両方の情報に基づき、車載装置１の車両制御において追従すべき走行軌道の情報を表す軌道情報２２４を生成する（詳細は後で説明）。

最後に、走行可能時間算出部２２５は、軌道情報２２４に含まれる走行軌道上の各点（Way Point）に対し、車載装置１を搭載した車両がその点（Way Point）を走行可能な時間帯を示した情報を付加した走行可能時間付き軌道情報２３を生成する（詳細は後で説明）。

＜障害物検知部／障害物検知結果＞
図６は、障害物検知部２２１により生成した障害物検知結果２２２の例を示した図である。

障害物検知部２２１は、センシングデータ３２を解析し、前記センシングデータ３２に含まれる物体の識別子（ID）、種別（クラス）、座標（位置）、移動速度、移動方向を算出する。例えば図６の場合、対向車両をID１の障害物、横断歩行者をID２の障害物としてそれぞれ検出し、種別はそれぞれ自動車、歩行者のように検知される。なお、移動方向は、インフラセンサ３の内部で用いられている座標系において、ｘｙ座標平面に平行なノルム（L2ノルム）１の単位方向ベクトルを用いて表現する。なお、ビデオデータ形式によるセンシングデータ３２から物体を識別するためには、DNN（Deep Neural Network）その他公知の画像認識・処理技術を用いればよい。

＜軌道算出部／軌道情報＞
図７は、軌道算出部２２３が生成する軌道情報２２４の例を示した図である。

障害物検知結果２２２に含まれる検知した車両の移動方向または車両経路情報２２３２から車載装置１を搭載した車両がどのように進むかの挙動が分かるため、軌道算出部２２３は、障害物検知結果２２２と車両経路情報２２３２のどちらか１つもしくは両方と、道路情報２２３１に基づき、車載装置１の車両制御において追従すべき走行軌道の情報を表す軌道情報２２４を生成する。

軌道情報２２４の生成は、画像データから白線を検知する技術その他公知の技術を用いれば実現される。生成した軌道はWay Pointと呼ばれる軌道上の点を列とした集合で表現される。例えば図７の場合、軌道情報２２４には、生成した軌道上に５つのWay Pointが存在し、車載装置１に近い順にWP0, WP1, ・・・, WP4と番号付けされ、WP0, …, WP4それぞれについて、各Way Pointの座標（x座標、y座標）が指定される。

ここで、WP0は現在の車載装置１の位置に一致する。現在の車載装置１の位置を取得する方式は、車載装置１から軌道算出部２２３に通知する、センシングデータ３２を解析して同定する、のいずれでもよい。

なお、座標系については、直交座標系や極座標系など任意の地点を表現できればよく、また、車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３の間で同一の地点を識別できるようになっていれば、原点は道路端点や車両の位置などといった任意の原点を設定すればよい。

＜走行可能時間算出部＞
図８は、走行可能時間算出部２２５の処理フローの概要を示した図である。

ステップS２２５１において、障害物検知結果２２２を取得する。

ステップS２２５２において、軌道情報２２４を取得する。

ステップS２２５３において、前記取得した軌道情報２２４に未処理の軌道情報が含まれるか否かを確認し、含まれる場合はステップS２２５４に進み、含まれない場合は終了する。

ステップS２２５４において、軌道追従時に障害物と衝突しないための（障害物に衝突しないことを保証する）時間の条件（走行可能開始時刻および走行可能終了時刻）を計算する（詳細は後で説明）。

ステップS２２５５において、前記取得した軌道情報２２４に含まれる軌道情報の中から未処理の軌道情報を１つ選択し、ステップS２２５３に進む。

このような手順で走行可能時間算出部２２５は走行可能時間を算出する。

＜走行可能時間付き軌道情報＞
図９は、走行可能時間算出部２２５が生成する走行可能時間付き軌道情報２３の例を示した図である。走行可能時間付き軌道情報２３は、軌道算出部２２３が生成した軌道情報２２４に含まれる各Way Pointに対し、当該Way Pointの付近に障害物が存在せず車載装置１を搭載した車両が当該Way Pointの付近の走行をしてもよい（障害物に衝突しないことを保証する）時間帯の情報を追加した軌道情報である。Way Pointの付近の走行をしてもよい時間帯は、走行可能開始時刻（ST）と走行可能終了時刻（FT）の組で表現する。

＜走行可能開始時刻／走行可能終了時刻＞
図１０は、図９の例における制御システム０および周囲の状況を模式的に表した図である。

走行可能時間算出部２２５は、軌道算出部２２３が算出した軌道情報２２４に含まれる各Way Pointに対し、障害物検知結果２２２を参照して、各Way Pointに障害物が存在しない時間帯として、走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTを計算する。例えば、図１０に示すように、移動方向がWP3またはその周囲に一致している対向車両がWP3の手前100mに検出され、移動速度が毎秒10mである場合、当該対向車両はあと10秒後にWP3を通過する。

したがって、10秒以内であれば走行可能、10秒後以降は走行不可能と判定できる。以上より、現在時刻T0を基準として、WP3の走行可能開始時刻ST3はT0、WP3の走行可能終了時刻FT3はT0+10秒と計算する。

このように、走行可能時間算出部２２５は、障害物と各Way Pointの距離と障害物の移動速度に基づき、走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTを算出する。

なお、移動方向が一致しているか否かは線形代数学におけるベクトルの内積計算を用いることにより同定できる。

余裕時分を考慮して、例えばT_margin＝1秒とし、FT3をT0+（10-T_margin）秒としてもよい。余裕時分を考慮することにより、障害物検知結果２２２に含まれる座標や移動速度、移動方向の少なくとも１つに誤差が生じていても、車載装置１を搭載した車両は上記マージンの範囲内で障害物等に衝突しないようにすることが可能になる。

走行可能時間算出部２２５は、他のWay Pointについても同様に、走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTをそれぞれ算出する。

＜走行可能時間付き軌道情報送信部＞
走行可能時間付き軌道情報送信部２４は、走行可能時間付き軌道情報２３を車載装置１に送信する。

＜走行可能時間付き軌道情報受信部＞
走行可能時間付き軌道情報受信部１２は、走行可能時間付き軌道情報２３を受信し、走行可能性判定部１３に渡す。

＜走行可能性判定部＞
図１１は、走行可能性判定部１３の処理フローの概要を示した図である。
ステップS１３１において、走行可能時間付き軌道情報２３を取得する。

ステップS１３２において、各Way Point間の距離Dを計算する。DはD={D[1], D[2], …, D[4]}として記述され、D[i]はWay Point iとWay Point i-1の間のユークリッド距離であり、Way Point iのx座標をx[i]、y座標をy[i]のように記述するとき、以下の（数１）により計算される。

ステップS１３３において、車載装置１を搭載した車両が各Way Pointに到達する時刻T_followを計算する。T_follow={T_follow[1], T_follow[2], …, T_follow[4]}であり、T_follow[i]はWay Point iに到達する時刻を表す。T_followの導出方法は後述する。

ステップS１３４において、処理対象のWay Pointのインデックスiに０を代入する。

ステップS１３５において、インデックスiと（Way Pointの数－１）の大小を比較し、インデックスiのほうが小さければステップS１３６に進み、そうでなければステップS１３９に進む。

ステップS１３６において、Way Point iの走行可能開始時刻STとT_follow[i]の時刻の前後関係を比較し、STのほうが前（現在時刻に近い）の場合はステップS１３７に進み、そうでなければステップS１３Aに進む。

ステップS１３７において、Way Point iの走行可能終了時刻FTとT_follow[i]の時刻の前後関係を比較し、T_follow[i]のほうが前（現在時刻に近い）の場合はステップS１３８に進み、そうでなければステップS１３Aに進む。

ステップS１３８において、インデックスiに１を加え、ステップS１３５に進む。

ステップS１３９において、軌道追従フラグに１を代入する。

ステップS１３Aにおいて、軌道追従フラグに０を代入する。

上記の処理フローに従うことにより、走行可能性判定部１３は、車載装置１を搭載した車両が走行軌道上の各Way Pointに設定された走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTを満たして（そのSTとFTの間に）走行可能であるか否かを判定する、換言すれば、走行可能時間を構成する走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTの有効性を判定することが可能となる。

なお、余裕時分T_marginを考慮し、ステップS１３６およびステップS１３７における判定においては、T_followと、ST+T_marginまたはFT-T_marginとの間の比較を行うこととしてもよい。余裕時分を考慮することにより、上記計算処理に多くの時間が生じる場合や軌道追従に誤差が生じる場合でも、上記マージンの範囲内で車載装置１を搭載した車両が障害物等に衝突しないように走行することが可能となる。

＜T_follow算出＞
図１２は、走行可能性判定部１３のT_followの算出処理（図１１のステップS１３３）に関する概要を示した図である。

ステップS１３３１において、処理対象のWay Pointを表すインデックスjに０を代入する。

ステップS１３３２において、インデックスjと（Way Pointの数－１）の大小を比較し、インデックスjのほうが小さければステップS１３３３に進み、そうでなければ終了する。

ステップS１３３３において、T_follow[j]を計算する。
T_follow[j]は、車載装置１を搭載した車両がWay Point jに到着する時刻である。距離D[j]（D[j]はWay Point j-1とWay Point jの間の距離）だけ離れたWay Point間を、初速V0[j-1]（Way Point j-1における車載装置１を搭載した車両の速度）、車載装置１を搭載した車両の加速度aで等加速度運動により走行するためにかかる時間は、以下の（数２）である。

そのため以下の（数３）のように、Way Point j-1を出発する時刻であるT_follow[j-1]に上記（数２）を加算することにより、車載装置１を搭載した車両がWay Point jに到着する時刻T_follow[j]を算出できる。

ここで、T_follow[0]は、走行可能性判定部１３が上記T_followの計算を開始した瞬間の車載装置１内部における時刻であり、V0[0]は、WP0における車載装置１を搭載した車両の現在の速度であって、それぞれ車載装置１で測定する。

また、車載装置１を搭載した車両の加速度aは、車載装置１が任意に設定することができ、例えば、車載装置１を搭載した車両の最高設計加速度に０．８をかけた値としてもよい。

ステップS１３３４において、インデックスjに１を加える。

ステップS１３３５において、Way Point jにおける車載装置１を搭載した車両の速度V0[j]を計算する。これは１つ前のWay point j-1における車載装置１を搭載した車両の速度V0[j-1]と、ステップS１３３３において計算したT_follow[j]およびT_follow[j-1]を用いて次の（数４）の通り計算できる。

車載装置１を搭載した車両の速度V0[j]の計算後、ステップS１３３２に進む。

上記に示したT_followの算出フローにおいて、各Way Pointの到着時刻T_followの算出は、走行可能性判定部１３に走行可能時間付き軌道情報２３が到着して計算を開始した時点の時刻（車載装置１の内部における時刻）であるT_follow[0]を起点として行われることに注意すべきである。これにより、走行可能性判定部１３の判定は、車載装置１と管制装置２の間に実際に発生した通信遅延に基づき行われ、車載装置１を搭載した車両は、管制装置２が安全を保証している時間内に走行（軌道追従）を完了することが可能となる。

また、各Way Pointに障害物等が接近していない場合、走行可能時間帯（STとFTの間の時間）が長くなるため、通信遅延が通常よりも長く発生しても、図１１の処理フローに従い走行可能性判定部１３が軌道追従フラグに１を代入する場合は、車載装置１は軌道追従を行うことができる。

＜軌道追従部＞
図１３は、軌道追従部１４における処理フローの概要を示した図である。
ステップS１４１にて、走行可能時間付き軌道情報２３と軌道追従フラグを取得する。

ステップS１４２にて、軌道追従フラグが１であるか否かを確認し、軌道追従フラグが１である場合（つまり、車載装置１を搭載した車両が走行軌道上の各Way Pointに設定された走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTを満たして（そのSTとFTの間に）走行可能である、換言すれば、走行可能時間を構成する走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTが有効である場合）はステップS１４３に進み、軌道追従フラグが１でない場合（つまり、車載装置１を搭載した車両が走行軌道上の各Way Pointに設定された走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTを満たして（そのSTとFTの間に）走行不可能である、換言すれば、走行可能時間を構成する走行可能開始時刻STと走行可能終了時刻FTが有効でない場合）は処理を終了する。

ステップS１４３にて、取得した走行可能時間付き軌道情報２３を制御値に変換する。

ステップS１４４にて、ステップS１４３にて生成した制御値を制御情報１９として出力する。

ステップS１４３における制御値の決定およびステップS１４４における制御情報１９の生成は、公知の先進運転支援システム（Advanced driver-assistance systems）に搭載された方法で実現可能である。

上記処理フローに従うことにより、軌道追従部１４は、走行可能性判定部１３が軌道追従を可能と判断した場合に限り、軌道追従制御を行う（車載装置１に走行軌道の追従を許可する）ことができる。

＜作用効果＞
以上で説明したように、本実施例１の制御システム０は、時刻同期された車載装置１と管制装置２で構成される制御システム０において、前記車載装置１を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部２２５と、前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部１３と、前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置１に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部１４と、を有する。

また、前記走行可能性判定部１３は、前記車載装置１を搭載した車両が前記走行可能時間を構成する前記走行軌道上の各点に設定された走行可能開始時刻と走行可能終了時刻を満たして走行可能であるか否かを判定する。

換言すれば、本実施例１の制御システム０は、管制装置２と車載装置１の間で時刻同期を行う手段と、車載装置１を搭載した車両が通過する予定の走行軌道において車載装置１を搭載した車両が障害物に衝突しないことを保証する時間帯を算出する手段と、車載装置１が管制装置２から走行軌道情報を受信するまでに発生した通信遅延に基づき、車載装置１を搭載した車両が前記時間帯を充足して走行可能か否かを判定する手段と、前記判定が走行可能である場合に車載装置１が前記走行軌道情報に追従する手段と、を備える。

本実施例１によれば、車載装置１と管制装置２の間の通信において実際に発生した遅延を考慮して車両制御を行うことにより車両制御の安全性を保証するとともに、走行軌道上に障害物等が存在しない場合および障害物等が接近していない場合においては許容される通信遅延時間を長くすることにより車載装置１を搭載した車両の減速や停止の発生回数を抑制する効果を有する。

［実施例２］
本発明の実施例２における制御システムおよび方法について説明する。実施例１と異なる点は、車載装置１から管制装置２に自動運転の補助を行うよう要求を出すことができる点である。なお、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

＜制御システムの構成＞
図１４は、実施例２における車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３からなる制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。インフラセンサ３の構成は実施例１と同様である。車載装置１は、実施例１における構成要素に加えて独自走行可否判定部１５と要求送信部１６を構成要素とし、管制装置２は、実施例１における構成要素に加えて要求受信部２５を構成要素とする。

＜要求情報＞
図１５は、独自走行可否判定部１５が生成する要求情報１５１の例を示した図である。要求情報１５１は、管制装置２に車両制御の補助を要求するか否かを示すフラグを含む。

＜独自走行可否判定部／要求送信部＞
独自走行可否判定部１５は、車載装置１を搭載した車両単独で走行できるかどうかを判定する。例えば、目的地までの経路情報と車両の現在位置から、レーンキープの機能を有する車両が右左折などによって車両単独で走行できない、または、車両のセンサが壊れたため車両単独で走行できない等といったことを判定することにより、車両単独で走行できるかどうか（換言すれば、車載装置１を搭載した車両が単独で安全に実施（走行）できない行動があるか否か）を判定する。前記判定は、例えば従来公知の方法に従い、少なくとも車載装置１を搭載した車両の位置情報、周囲の走行環境情報、及び走行計画のいずれか一つの情報に基づいて走行可能か否かを判定してもよいし、道路の形状や交差点に関する情報を含んだ地図データから走行可能か否かを判定してもよい。

前記独自走行可否判定部１５によって独自走行ができないと判定された場合、要求送信部１６は、管制装置２に図１５に示す要求情報１５１を送信する。要求情報１５１は、管制装置２による補助が必要か否かを示したフラグを含み、要求送信部１６が（独自走行可否判定部１５が生成する要求情報１５１の）当該フラグに１を代入して管制装置２に前記要求情報１５１を送信する。

また、独自走行可否判定部１５は、走行可能性判定部１３が管制装置２から受け取った走行可能時間付き軌道情報２３に追従できないと判定した場合に、要求送信部１６が管制装置２に要求を出してもよい。これは、車載装置１と管制装置２の間の通信に大きな遅延が生じ、管制装置２が計算した時点では走行可能であったものの、車載装置１を搭載した車両への障害物等の接近により、車載装置１に前記情報が到着した時点では走行不可能となる場合に、管制装置２が最新のセンシングデータ３２を用いて走行可能時間付き軌道情報２３を再生成して車載装置１に送信することを可能とする効果を有する。

＜要求受信部＞
要求受信部２５は、車載装置１から要求情報１５１を受け取り、前記要求情報１５１を走行可能時間付き軌道算出部２２に入力する。これにより、管制装置２は、（車載装置１からの要求に応じて）前述した走行可能時間付き軌道情報２３（走行軌道における走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTを含む）を生成し、生成した走行可能時間付き軌道情報２３を走行可能時間付き軌道情報送信部２４によって車載装置１に送信する。

＜作用効果＞
以上で説明したように、本実施例２の制御システム０は、前記車載装置１を搭載した車両が単独で安全に実施（走行）できない行動があるか否かを前記走行軌道から判定する独自走行可否判定部１５と、実施できない行動があると判定された場合、前記管制装置２に前記走行軌道における走行可能開始時刻および走行可能終了時刻を含む前記走行可能時間を要求する要求送信部１６と、を有する。

本実施例２によれば、車載装置１側からの要求がなければ、管制装置２は走行可能時間付き軌道情報２３を算出する必要がないため、管制装置２の処理負荷を低減することが可能になる。また、車載装置１と管制装置２の間の通信は車載装置１からの要求時に限られるため、車載装置１と管制装置２の間の通信の回数および頻度を削減し、通信負荷および通信遅延による車両制御への影響を低減しながら制御（軌道追従）を継続することが可能になる。

［実施例３］
本発明にかかる実施例３における制御システムおよび方法について説明する。実施例１と異なる点は、車載装置１を搭載した車両が緊急停止した場合には走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTにかかわらずWay Pointの座標情報のみを用いて車載装置１を搭載した車両が運転を継続する点である。なお、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

＜制御システムの構成＞
図１６は、実施例３における車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３からなる制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。

実施例３における車載装置１は、実施例１における構成要素に加えて、緊急停止部１７と速度制限部１８を有する。

＜緊急停止部＞
緊急停止部１７は、車載装置１が何らかの障害物に接近して衝突が予測される場合に、軌道追従の有無によらずブレーキをかけて車載装置１を搭載した車両を緊急停止させる機能を持つ。衝突の予測およびブレーキをかける方法は、公知の先進運転支援システム（Advanced driver-assistance systems）に搭載された方法により実施可能である。

＜速度制限部＞
速度制限部１８は、車載装置１を搭載した車両の最高速度を制限する機能および前記制限を解除する機能を持つ。本実施例においては、障害物を検知した場合に直ちに停止可能とするよう、速度制限を行う場合の最高速度を時速5kmとする。なお、本実施例では時速5kmとしたが、これに限らない。最高速度を制限する方法は、公知のデジタルタコグラフなど何らかの方法によればよく、本実施例に直接関連しないため、方法に関する詳細な説明は割愛する。

＜走行可能性判定部＞
図１７は、実施例３における走行可能性判定部１３の処理フローの概要を示した図である。図１７のステップS１３１からステップS１３９、S１３Aまでは、実施例１で説明した図１１のステップS１３１からステップS１３９、S１３Aまでと同じである。

ステップS１３Bにおいて、車両単独障害物検知結果を取得する。

ステップS１３Cにおいて、取得した車両単独障害物検知結果から走行軌道上に障害物が存在するか否かを確認し、走行軌道上に障害物が存在する場合は終了し、走行軌道上に障害物が存在しない場合はステップS１３Dに進む。

ステップS１３Dにおいて、車載装置１を搭載した車両の速度制限を任意の速度に設定し、軌道追従フラグに１を代入する。

上記の処理フローに従うことにより、例えば、走行軌道の追従中に車載装置１の緊急停止部１７の判断による緊急停止によって、走行可能時間内に軌道追従を開始または終了できない（換言すれば、現在の走行軌道の走行可能時間の走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTを守れない）と判定した場合において、走行軌道上に障害物が存在しなければ（つまり、緊急停止の条件が解除された後）、走行可能時間の走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTによらずに、速度制限部１８に車載装置１を搭載した車両の最高速度を制限するよう指示したうえで、車載装置１（の軌道追従部１４）は、減速（低速走行）しながら走行軌道を通過するなどして、単独で自動運転を継続することが可能となる。

＜作用効果＞
以上で説明したように、本実施例３の制御システム０は、前記軌道追従部１４は、前記走行軌道の追従中に前記車載装置１を搭載した車両の緊急停止によって、現在の前記走行軌道の前記走行可能時間を守れない場合、前記緊急停止の条件が解除された後（走行軌道上に障害物が存在しなければ）、前記走行可能時間によらずに、前記車載装置１を搭載した車両を減速させながら前記走行軌道を通過させる。

本実施例３によれば、緊急停止が発生してから障害物等が退避するまでの間、車載装置１を搭載した車両が停止して待機することにより走行可能時間の走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTを充足しなくなった場合において、管制装置２との再通信および管制装置２による再計算を不要としながら徐行（減速ないし低速走行）して走行軌道を走行することにより、安全を確保しながら車両制御を継続し、再通信および再計算による遅延の発生を回避することが可能となる。

［実施例４］
本発明にかかる実施例４における制御システムおよび方法について説明する。実施例１と異なる点は、管制装置２が当該管制装置２と連携する別の車両のために生成した走行可能時間付き軌道情報を加味して走行可能時間付き軌道情報を生成する点にある。なお、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

＜制御システムの構成＞
図１８は、実施例４における車載装置１と管制装置２とインフラセンサ３からなる制御システム０の機能ブロック構成を示した図である。

実施例４における管制装置２は、実施例１における構成要素に加えて、走行可能時間付き軌道算出結果保存部２６を構成要素として有する。

＜走行可能時間付き軌道算出結果保存部＞
走行可能時間付き軌道算出結果保存部２６は、走行可能時間付き軌道算出部２２で生成（算出）した（制御対象の複数の車両の）走行可能時間付き軌道情報２３を保存しておく。

＜走行可能時間付き軌道算出部＞
図１９は、実施例４における走行可能時間付き軌道算出部２２における処理フローの概要を示した図である。図１９のステップS２２５１からステップS２２５５までは、実施例１で説明した図８のステップS２２５１からステップS２２５５までと同じである。

ステップS２２５１において、障害物検知結果２２２を取得する。

ステップS２２５２において、軌道情報２２４を取得する。

ステップS２２５３において、前記取得した軌道情報２２４に未処理の軌道情報が含まれるか否かを確認し、含まれる場合はステップS２２５４に進み、含まれない場合は終了する。

ステップS２２５４において、軌道追従時に障害物と衝突しないための（障害物に衝突しないことを保証する）時間の条件を計算する。

ステップS２２５７において、走行可能時間付き軌道算出結果保存部２６を参照し、走行可能時間更新処理を行う。走行可能時間更新処理の詳細は後述する。

ステップS２２５５において、前記取得した軌道情報２２４に含まれる軌道情報の中から未処理の軌道情報を１つ選択し、ステップS２２５３に進む。

上記フローに従い、走行可能時間付き軌道算出部２２は、ステップS２２５２において取得した軌道情報２２４に対し、走行可能時間付き軌道算出結果保存部２６に保存された他の車両（の車載装置１）に対して生成した軌道情報を参照して、軌道追従時に障害物と衝突しない時間を計算する。

＜走行可能時間更新処理＞
図２０は、実施例４における走行可能時間付き軌道算出部２２が行う走行可能時間更新処理（図１９のステップS２２５７）の概要を模式的に示した図である。本実施例４における制御システム０は車載装置１を搭載した車両の台数を2台としているが、これに限らない。

WP_Aは車両Aのために算出された走行軌道、WP_Bは車両Bのために算出された走行軌道を示し、WP_Aの走行可能時間（STおよびFT）はWP_Bの走行可能時間（STおよびFT）よりも前に算出されているとする。

WP_Bに対する走行可能時間（STおよびFT）の算出において、まずWP_Bに含まれる各Way Pointに対し、WP_Aに含まれる各Way Pointが近接しているか否かを確認する。図２０の場合、WP_BのWP_B3はWP_AのWP_A1との距離が70cmであるため、近接していると判定される。当該近接の判定は、別途設けた閾値に基づきWP間の距離が閾値よりも近ければ近接と判定され、当該閾値は例えば1mである。

次に、走行可能時間付き軌道算出部２２は、WP_Aに関する走行可能時間付き軌道情報２３を参照し、WP_A1のFTがT3であることから、車両AはT3までにWP_A1すなわちWP_B3の付近の走行を完了している、または、WP_A1すなわちWP_B3の付近の走行を開始していないことが分かる。したがって、走行可能時間付き軌道算出部２２は、WP_A1と近接しているWP_B3のSTをT3以降の値とする。なお、車載装置１を搭載した車両が他に存在しても、同様に他車の走行可能時間付き軌道情報を参照して走行可能時間を更新することができる。

＜作用効果＞
以上で説明したように、本実施例４の制御システム０は、前記管制装置２は、複数の前記車載装置１に対して算出した前記走行可能時間を前記走行軌道と紐付けて保存する走行可能時間算出結果保存部（走行可能時間付き軌道算出結果保存部２６）を有する。

本実施例４によれば、別の車両の走行軌道および走行時刻を考慮して走行可能時間付き軌道情報２３を生成するため、同一時刻に複数の車両が同一の地点に存在することを確実に回避可能とする（言い換えれば、排他制御性を確保する）効果を有する。

＜各実施例の作用効果のまとめ＞
実施例１における制御システムおよび方法によれば、車載装置１と管制装置２の間の通信において実際に発生した遅延を考慮して車両制御を行うことにより車両制御の安全性を保証するとともに、走行軌道上に障害物等が存在しない場合および障害物等が接近していない場合においては許容される通信遅延時間を長くすることにより車載装置１を搭載した車両の減速や停止の発生回数を抑制する効果を有する。

実施例２における制御システムおよび方法によれば、車載装置１側からの要求がなければ、管制装置２は走行可能時間付き軌道情報２３を算出する必要がないため、管制装置２の処理負荷を低減することが可能となる。また、車載装置１と管制装置２の間の通信は車載装置１からの要求時に限られるため、車載装置１と管制装置２の間の通信の回数および頻度を削減し、通信負荷および通信遅延による車両制御への影響を低減しながら制御（軌道追従）を継続することが可能となる。

実施例３における制御システムおよび方法によれば、緊急停止が発生してから障害物等が退避するまでの間、車載装置１を搭載した車両が停止して待機することにより走行可能時間の走行可能開始時刻STおよび走行可能終了時刻FTを充足しなくなった場合において、管制装置２との再通信および管制装置２による再計算を不要としながら徐行（減速ないし低速走行）して走行軌道を走行することにより、安全を確保しながら車両制御を継続し、再通信および再計算による遅延の発生を回避することが可能となる。

実施例４における制御システムおよび方法によれば、別の車両の走行軌道および走行時刻を考慮して走行可能時間付き軌道情報２３を生成するため、同一時刻に複数の車両が同一の地点に存在することを確実に回避可能とする（言い換えれば、排他制御性を確保する）効果を有する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

０ 制御システム
１ 車載装置
２ 管制装置
３ インフラセンサ
１１ 時刻同期部
１１０ GNSS情報取得部
１１１ 絶対時刻算出部
１１２ 補正情報送受信部
１１３ 時刻補正部
１２ 走行可能時間付き軌道情報受信部
１３ 走行可能性判定部
１４ 軌道追従部
１５ 独自走行可否判定部
１６ 要求送信部
１７ 緊急停止部
１８ 速度制限部
１９ 制御情報
２１ センシングデータ受信部
２２ 走行可能時間付き軌道算出部
２２１ 障害物検知部
２２２ 障害物検知結果
２２３ 軌道算出部
２２３１ 道路情報
２２３２ 車両経路情報
２２４ 軌道情報
２２５ 走行可能時間算出部
２３ 走行可能時間付き軌道情報
２４ 走行可能時間付き軌道情報送信部
２５ 要求受信部
２６ 走行可能時間付き軌道算出結果保存部（走行可能時間算出結果保存部）
３１ センシング部
３２ センシングデータ
３３ センシングデータ送信部

Claims (9)

1. 時刻同期された車載装置と管制装置で構成される制御システムにおいて、
   前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部と、
   前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部と、
   前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部と、を有する、制御システム。
2. 請求項１に記載の制御システムにおいて、
   前記走行可能性判定部は、前記車載装置を搭載した車両が前記走行可能時間を構成する前記走行軌道上の各点に設定された走行可能開始時刻と走行可能終了時刻を満たして走行可能であるか否かを判定する、制御システム。
3. 請求項１に記載の制御システムにおいて、
   前記車載装置を搭載した車両が単独で安全に実施できない行動があるか否かを前記走行軌道から判定する独自走行可否判定部と、
   実施できない行動があると判定された場合、前記管制装置に前記走行軌道における走行可能開始時刻および走行可能終了時刻を含む前記走行可能時間を要求する要求送信部と、を有する、制御システム。
4. 請求項１に記載の制御システムにおいて、
   前記軌道追従部は、前記走行軌道の追従中に前記車載装置を搭載した車両の緊急停止によって、現在の前記走行軌道の前記走行可能時間を守れない場合、前記緊急停止の条件が解除された後、前記走行可能時間によらずに、前記車載装置を搭載した車両を減速させながら前記走行軌道を通過させる、制御システム。
5. 請求項１に記載の制御システムにおいて、
   前記管制装置は、複数の前記車載装置に対して算出した前記走行可能時間を前記走行軌道と紐付けて保存する走行可能時間算出結果保存部を有する、制御システム。
6. 車両外部に設置した管制装置と時刻同期される車載装置であって、
   前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を前記管制装置から受信する受信部と、
   受信した前記走行可能時間の有効性を判定する走行可能性判定部と、
   前記走行可能時間が有効であると判定された場合、前記車載装置に前記走行軌道の追従を許可する軌道追従部と、を有する、車載装置。
7. 請求項６に記載の車載装置であって、
   前記車載装置を搭載した車両が単独で安全に実施できない行動があるか否かを前記走行軌道から判定する独自走行可否判定部と、
   実施できない行動があると判定された場合、前記管制装置に前記走行軌道における走行可能開始時刻および走行可能終了時刻を含む前記走行可能時間を要求する要求送信部と、を有する、車載装置。
8. 車載装置と時刻同期される管制装置であって、
   前記車載装置を搭載した車両が通過する対象領域内の走行軌道において前記車両が障害物に衝突しないことを保証する走行可能時間を算出する走行可能時間算出部と、
   前記走行可能時間の有効性を判定するために前記走行可能時間を前記車載装置へ送信する送信部と、を有する、管制装置。
9. 請求項８に記載の管制装置であって、
   前記送信部は、前記車両が単独で安全に実施できない行動があると判定され、前記車載装置から要求があった場合に、前記走行軌道における走行可能開始時刻および走行可能終了時刻を含む前記走行可能時間を前記車載装置へ送信する、管制装置。
   

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