JP2022524168A - 半自動車両のステアリングにおける運転者の意図を判定するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

運転者による道路での半自動車両の運転中に、車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示を受信するように構成されたプロセッサを含む方法およびシステム。運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。要求を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて、車両の環境のステータス、車両状態、および車両のシステムを評価する。評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に対応する条件のセットを選択する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定する。

Description

本開示は、概して自動運転システムおよび運転者支援システムに関し、より具体的には、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定することに関する。

従来の自動運転車両は、車両がその運転目的を達成するために、運転に関する法的規則および交通量を考慮してどのように走行すべきかについて車両の安全を支援する制御システムを備えていなければならない。従来の制御システムは、センサによって取得され、認識アルゴリズムおよびマッピングアルゴリズムによって処理されたデータに基づいて環境を分析し、車両の進路および速度を計算し、利用可能な車両アクチュエータを用いてその進路に沿って進むように車両を制御することによって、車両の動きを決定する。そのような従来の操作は複雑であるため、従来の制御システムは車両制御を含む。たとえば、米国特許第６，３５６，８１９号には、車両が操作者にとって安全な操作を達成することを保証するように車両制御を組み込むことができる方法が記載されている。この車両制御は、操作者が車両を制御できるか否かを判定することができ、操作者が車両を制御できる状態でない場合は、車両を無効にすることができる。

たとえば、従来の半自動の自動車の中には、運転責任を人間の運転者と車載電子システムとで分担するものもある。そのため、半自動は一般的に、マニュアルモードまたは自動モードで動作すると言うことができる。自動の下位レベルでは、これら２つのモードの切り替えは運転者の意図に依存し、すなわち運転者が操作モードを決定する。これは通常、車両用の従来の半自動の自動車システムでは、ボタンを押してあるモードから別のモードに変えることによって達成され、または自動モードでは、システムが実行していることと運転者がシステムに実行させようとしていることとが大きく異なることをシステムが判定するように車両を作動させることによって達成される。後者は、運転者が順序正しくマニュアルモードに切り替える冷静さを失っている可能性がある緊急事態の際に重要である。現行技術に典型的に欠けているものは、臨時の方法に頼ることなくこの切り替えを確実に安全で順序正しいものにする方法である。

したがって、半自動の自動車技術において、従来の半自動の自動車技術に見られるような旧式の臨時の方法に頼ることなく、かつ今日の半自動の自動車の技術的要求に鑑みて、２つのモード、すなわちマニュアルモードと自動モードの切り替えを確実に安全で順序正しいものにする方法を開発する必要がある。

本開示は、概して自動運転システムおよび運転者支援システムに関し、より具体的には、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定することに関する。たとえば、本開示のいくつかの実施形態は、自動運転モードおよびマニュアル運転モードの双方で動作するステアリングシステムに向けられ、より具体的には、物を運ぶ移動体の運転者のステアリング意図に基づいた当該移動体の制御に向けられる。

本開示のいくつかの実施形態は、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定する方法およびシステムを提供する。すべてのモードにおいて、運転者はハンドルを使用するだけで車両制御システムを作動させることができる。実験から得られた少なくとも１つの理解は、本開示のシステムに、車両の現在の状態が一定の予め定義された移行条件を満たすか否かを確かめることによって運転者の意図を判定させることである。（モード１）自動車線維持モード、（モード２）自動車線変更モード、および（モード３）マニュアルモード、を含む３つのモードを検討することができる。

さらなる理解は、主に車両状態が安全領域にあるか否かを確かめることによって、移行、すなわち上記３つのモードのうちのあるモードから別のモードへの切り替えをテストすることであり、たとえばモード１（自動車線維持モード）からモード２（自動車線変更）に移行する場合は、本開示のシステムはさらに、非限定的な例により、道路の中央車線を追従するコストが車線変更軌道を追従するコストよりも高いか否かを比較し得る。

本開示の他の実施形態は、半自動車両の自動運転システムまたは車両制御システムが運転者から制御を取り上げるべきか運転者に制御を任せるべきかを判定し得る。たとえば、本開示のいくつかのシステムおよび方法は、マニュアルモードおよび自動モードの双方で動作可能な車両で構成され得る。マニュアルモードでは、車両は自動機能のない通常の車両のように挙動する。自動モードでは、車両は電子システムによって作動可能であり、この電子システムは、車両が真正面の別の車両との安全な距離を保っていることを確認しつつ、安全な速度で公道の中央車線を追従する。自動モードでは、運転者は、ハンドルを動かして車輪を作動させることによって、車両制御システム作動させることが可能であり続ける。このように、自動モードでは、数ある局面の中でもとりわけ、手動入力が可能であり続ける。

手動入力が可能であるため、本開示のシステムおよび方法は、自動モードにおいて車両の動きから運転者の意図を取得する可能性を提供する。具体的には、車両の制御システムが意図していない方向に車両が動いた場合、その意図は運転者の意図であるはずである。したがって、本開示のシステムおよび方法は、数ある局面の中でもとりわけ、車両の動きから運転者の意図を取得して判定する可能性を提供することができる。同時に、運転者が車両の動きを本当に意図していたのか、またはそれは意図しないものであったのかを注意して判定する。広範な実験から、本開示のシステムおよび方法は運転者の意図を判定可能な一連の論理テストを提供することが分かった。

上述のように、車両はマニュアルモードおよび自動モードの双方で動作する。検討する３つのモードは、（モード１）自動車線維持モード、（モード２）自動車線変更モード、および（モード３）マニュアルモードを含む。なお、自動操作では、これは車線維持モード（モード１）および車線変更モード（モード２）の２つのサブモードにさらに分けられる。このように、本開示のいくつかのシステムおよび方法は、（モード１）自動車線維持モード、（モード２）自動車線変更モード、および（モード３）マニュアルモード、の３つのモードの切り替えを規定し得る。モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定するために論理テストが行われ得る。たとえば、論理テストは、運転者が車両を適切な「安全領域」に入るように作動させたか、または「安全領域」から出るように作動させたかに依存し、この安全領域は、車両が対応するモードで車両を安全に操作することができる車両状態のセットである。これらの「車両状態のセット」は実験によって学習した。さらに、安全性は、切り替えシステムの設計者によって決定される制約を用いて規定される。

本開示のいくつかの実施形態によれば、一連の安全性は、安全領域の局面である安全制約および車両力学に基づいて設計される。本開示のさらなる理解は、４つの安全領域を展開することである。この４つの安全領域は、３つのモード、すなわち、（モード１）自動車線維持モード、（モード２）自動車線変更モード、および（モード３）マニュアルモード、のうちのあるモードから別のモードへの各切り替え動作に対応付けられ得る。

たとえば、第１の安全領域は、モード３（マニュアルモード）からモード１（車線維持モード）への切り替えに対応し得る。この第１の安全領域は、自動コントローラが安全に制御を引き継ぎ、中央車線を追従し、安全制約を実施できることを保証するすべての状態のセットである。本開示のシステムがマニュアルモード（モード３）にあるとき、第１の安全領域に入っているか否かの論理テストが行われる。入っている場合は、システムは自動引き継ぎが開始されたと判定する。

第２の安全領域は、モード１（自動車線維持モード）からモード２（自動車線変更モード）への切り替えに対応する。この第２の安全領域は、自動コントローラが安全に車線変更を開始できることを保証するすべての状態のセットである。本開示のシステムが車線維持モード（モード１）にあるとき、第２の安全領域に入っているか否かの論理テストが行われる。入っている場合は、システムは、車線変更が開始されたか否かを判定するさらなるテストを行う。このさらなるテストは、車線維持を再開するのに必要な労力と、車線変更を行うのに必要な労力とを比較する。最初のテストに加えて、車線変更の方が労力が少なくて済む場合は、本開示のシステムは車線変更が開始されたと判定する。

第３の安全領域は、モード１（自動車線維持モード）からモード３（マニュアルモード）への切り替えに対応する。この第３の安全領域は、自動コントローラが中央車線を追従して安全制約を実施することを保証するすべての状態のセットである。本開示のシステムが車線維持モード（モード１）にあるとき、安全制約が違反されているか否かの論理テストが行われる。違反されている場合、かつ同時に車線変更が開始されていない場合は、システムはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する。

第４の安全領域は、モード２（自動車線変更モード）からモード３（マニュアルモード）への切り替えに対応する。この第４の安全領域は、自動コントローラが車線変更（モード２）を行って安全制約を実施することを保証するすべての状態のセットである。本開示のシステムが車線変更モードにあるとき、安全制約が違反されているか否かの論理テストが行われる。違反されている場合は、システムはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する。

モード２（自動車線変更モード）からモード１（自動車線維持モード）に戻る切り替えは、車線変更が完了したか否かに基づき得る。車線変更軌道が新たな車線の中央に集束すると、車線変更が完了したと判定される。

本開示の実施形態によれば、運転者による道路での半自動車両の運転中に、車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示をプロセッサから受信することを含む方法が提供される。運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。移行指示を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）車両の環境のステータス、（ｉｉ）車両の車両状態、および（ｉｉｉ）車両のシステムを評価するように構成されたプロセッサを用いる。評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に一意に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させた場合は、表示の優先度に基づいて一組の表示のうちの第１の表示を選択し、運転者が車両を安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択する。運転者に第１の表示または第２の表示を表示し、この結果、移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの車両の切り替えが開始される。

本開示の別の実施形態によれば、運転者による道路での半自動車両の運転中に、車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示を受信するように構成される１つ以上のプロセッサを備えるシステムが提供される。運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。要求を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）車両の環境のステータス、（ｉｉ）車両の車両状態、および（ｉｉｉ）車両のシステムを評価する。評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させた場合は、表示の優先度に基づいて一組の表示のうちの第１の表示を選択し、運転者が車両を安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択する。運転者に第１の表示または第２の表示を表示し、この結果、移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの車両の切り替えが開始される。

ここで開示されている実施形態を添付の図面を参照してさらに説明する。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、代わりに、ここで開示されている実施形態の原理を示すにあたり全体的に強調が加えられている。本開示のいくつかの実施形態は、自動運転モードおよびマニュアル運転モードの双方で動作する自動車ステアリングシステムに向けられ、より具体的には、車両の運転者のステアリング意図に基づいた当該車両の制御に向けられる。

本開示の実施形態に係る、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定するためのいくつかのシステムおよび方法ステップを示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態の原理を利用した車両制御システムを含む車両の概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る車両制御システムのブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、３つの操作モードの切り替えを示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、安全領域の決定に用いられる構成要素を示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、図２Ａおよび図２Ｂの局面に係る方法を示すフロー図である。 本開示の実施形態に係る物理的なステアリングシステムの概略図である。 本開示の実施形態に係る、マニュアルモード（Ｍ）、車線維持（ＬＫ）、および車線変更操作（ＬＣ）を切り替えるための論理を示す概略図であり、ノード上のラベルは移行の要件を示している。 本開示の実施形態に係る、運転シミュレータにおいて制御スキームを評価するための、運転シミュレータセットアップを示す概略図である。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、相対的な位置変化速度を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、ゲーミングホイールに送信される無次元の力フィードバックコマンドを示しており（±１０は飽和限界である）、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、相対的な位置変化速度を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、ハンドル位置を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、車線維持のコスト（暗い）および車線変更のコスト（明るい）を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、ハンドル位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。 本開示の実施形態に係る、代替コンピュータまたはプロセッサを用いて実現可能な図１Ａの方法を示すブロック図である。

上記図面はここで開示されている実施形態を示しているが、本明細書で述べるようにその他の実施形態も意図されている。本開示は、説明のための実施形態を、限定のためではなく代表として示す。当業者は、ここに開示されている実施形態の原理の範囲および精神に含まれるその他数多くの改良形および実施形態に想到することが可能である。

本開示は、概して自動運転システムおよび運転者支援システムに関し、より具体的には、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定することに関する。

図１Ａは、本開示の実施形態に係る方法を実現するためのいくつかの方法ステップを示すフロー図である。

図１Ａのステップ１１０は、プロセッサが、予め定義された運転モードの切り替えを検出することを含む。

図１Ａのステップ１１５は、運転者が車両の動きを、すなわち運転モードの切り替えを本当に意図していたのか、またはそれは意図しないものであったのかの判定をプロセッサが要求することを含み、運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。

図１Ａのステップ１２０は、移行指示を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）車両の環境のステータス、（ｉｉ）車両の車両状態、および（ｉｉｉ）車両のシステムを評価するように構成されたプロセッサを用いることを含む。

図１Ａのステップ１２５は、評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に一意に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択することを含む。

図１Ａのステップ１３０は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定することを含む。

図１Ａのステップ１３５は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成することを含む。

図１Ａのステップ１４０は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させた場合は、表示の優先度に基づいて一組の表示のうちの第１の表示を選択し、運転者が車両を安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択することを含む。

図１Ａのステップ１４５は、運転者に第１の表示または第２の表示を表示し、この結果、移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの車両の切り替えが開始されることを含む。

本開示の実施形態は、非限定的な例により、システム力学および挙動に関する情報を用いて切り替え用の安全領域を設計する能力、所望の設計を考慮して安全領域をアルゴリズム的に決定する能力、臨時の方法と比較したモードの切り替え時のジッタの低減、という固有の局面を提供する。システム力学および挙動に関する情報を用いて切り替え用の安全領域を設計することは有利である。なぜなら、基礎となるシステム力学および挙動の知識がなくても安全領域を自動的に決定することができるので、実験に費やす時間を削減し、設計者側の専門知識の必要性を低減するからである。この有利さは、アルゴリズムを行使することなく安全領域が設計者によって直接決定される臨時の方法とは対照的に、システム力学および挙動を考慮するアルゴリズムを実行して安全領域を決定することによって達成される。所望の設計を考慮して安全領域をアルゴリズム的に決定することは有利である。なぜなら、設計者は一連の要件を提供することができ、そこから安全領域をアルゴリズム的に決定することができるので、実験に費やす時間を削減し、設計者側の専門知識の必要性を低減するからである。この有利さは、アルゴリズムを行使することなく安全領域が設計者によって直接決定される臨時の方法とは対照的に、アルゴリズム的手順を実行して安全領域を決定することによって達成される。ジッタによってシステムが不安定になり得るため、臨時の方法と比較してモード切り替え時のジッタを低減させることは有利である。この有利さは、安全領域に入るよりも出る方が難しいように安全領域が設計されていることにより達成され、臨時の方法ではこの区別がなされていない。

図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態の原理を利用した制御部を含む車両の概略図である。たとえば、図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態の原理を利用した制御部１０２を含む車両１０１の概略図を示す。本明細書で使用される車両１０１は、乗用車、バス、またはローバー（rover）等の、任意の種類の車輪自動車であってもよい。加えて、車両１０１は、自動または半自動車両であってもよい。たとえば、いくつかの実施形態は、車両１０１の動きを制御する。動きの例は、車両１０１のステアリングシステム１０３によって制御される車両の横方向の動きを含む。コントローラ１０２はステアリングシステム１０３を制御する。

車両はまた、コントローラ１０２によって、または車両１０１のその他の構成要素によって制御されてもよいエンジン１０６を含み得る。車両１０１はまた、非限定的な例により、その現在の動きの量および内部状態を検知するために１つ以上のセンサ１０５を含み得る。センサ１０５の例は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）、加速度計、慣性計測装置、ジャイロスコープ、シャフト回転センサ、トルクセンサ、たわみセンサ、圧力センサ、および流量センサを含み得る。車両は、入力インターフェイス１０８を介した無線通信チャネルを通してコントローラ１０２が通信する機能を可能にするトランシーバ１０７を備えていてもよい。車両はまた、周囲の環境を検知するために１つ以上の他のセンサ１０４ａ、１０４ｂを含み得る。センサ１０４ａ、１０４ｂの例は、距離測定器、レーダ、ライダ（lidar）、およびカメラを含み得る。これに代えて、周囲の環境に関する情報はトランシーバ１０７を通して受信されてもよい。車両は、車両が動作する地域内の道路に関する情報を格納する地図データベースシステムを備えており、または車両は、離れて格納されている地図情報にトランシーバ１０７を通してアクセスすることができる。

図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態に係るブロック図である。たとえば、図１Ｃは、本開示の一実施形態に係る制御部１０２のブロック図を示す。コントローラ１０２は、たとえば非一時的なコンピュータ読取可能媒体などのメモリ１１２に接続されたハードウェアプロセッサ１１１を含む。いくつかの実装例において、メモリ１１２は、車両に関する情報を格納するための第１のセクション１１と、車両を制御するためのプログラムを格納するための第２のセクション１２と、運転地図データを格納するための第３のセクション１３と、交通の動きモデルを格納するための第４のセクション１４とを含む。

たとえば、メモリ１１２の第１のセクション１１は、最大加速度、ステアリング、およびステアリング速度などの車両の挙動についてのパラメータを格納し、また、車両の第１の動きモデルおよび車両の第２の動きモデルを格納し得る。さまざまな実施形態において、車両の第２の動きモデルを記述する式の数および複雑度は、車両の第１の動きモデルを記述する式の数および複雑度よりも高い。加えて、たとえば、メモリ１１２の第４のセクション１４は、交通の第１の動きモデルおよび交通の第２の動きモデルを格納し得る。

引き続き図１Ｃを参照して、さまざまな実施形態において、交通の第２の動きモデルを記述する式の数および複雑度は、交通の第１の動きモデルを記述する式の数および複雑度よりも高い。それらの実施形態は、車両が近い将来に達成可能であり得る中間目的は何かを確認するために、および軌道を生成するために、およびそのような軌道に従って車両を制御するために、異なる動きモデルを用いる必要があるという認識に基づいている。たとえば、車両が一連の目標を達成可能か否かを確かめるためには、長い将来のホライズンを考慮する必要がある。高位の物理モデルを有して、拡張された将来のホライズンにわたって車両の動きを計算することは、計算的に困難である。逆に、当面の目標が既知である場合は、所望の軌道に従う車両の制御は、短い将来のホライズンのみを考慮し得る。そのために、いくつかの実施形態において、コントローラ１０２は、第１の動きモデル、すなわち低位の動きモデルを用いて次の目標を決定するが、計画および制御は、少なくとも第２の動きモデル、すなわち高位の動きモデルを用いる。

メモリ１１２の第２のセクション１２では、車両１０１を制御するための方法を実行するためにプロセッサ１１１が実行可能なプログラムが具体化され得る。

引き続き図１Ｃを参照して、メモリ１１２の第３のセクション１３は、住所および道路網などの地図情報を含み、第３のセクションはまた、交差点、停止場所および信号機の場所、車線の数および位置、速度制限等の追加情報を含み得る。この地図情報は、車両の運転開始時にメモリ１３の第３のセクションにすでに格納されていてもよく、またはこれに代えて、この情報は通信トランシーバ１０７および環境センサ１０４ａ、１０４ｂによって制御部が利用できるようになる。

プロセッサ１１１は、計算を実行可能な任意の計算装置であってもよく、同じまたは異なる種類の１つまたは多数の物理的装置を含み得る。プロセッサ１１１は、たとえばマイクロプロセッサなどの複数の計算装置を含むことが可能である。同様に、メモリ１１２は、情報を格納可能な任意の論理メモリおよび／または非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体であってもよく、同じまたは異なる種類の１つ以上の物理的な情報格納手段を含み得る。プロセッサ１１１によって行われる計算は、メモリ１１２の第２のセクションに格納されたプログラムによって命令され、メモリ１１１の第１のセクションに格納された車両情報、メモリ１３の第２のセクションに格納された地図に関する情報、センサ１０５から得られた車両１０１に関する情報、センサ１０４ａ、１０４ｂから得られた環境１２３の情報を用いる。プロセッサ１１１の計算の結果、車両の動きを変更する命令が生成される。

引き続き図１Ｃを参照して、プロセッサ１１１によって実行されるプログラムは、車両１０１の自動運転（ＡＤ）を可能にする。この操作の間、プロセッサ１１１によって実行されるプログラムは、特定の場所に到着するなどの運転の特定の最終目的を達成しようとしている。この最終目的は、車両１０１の動きに適切に影響を及ぼすことによって達成される。プロセッサ１１１によって実行されるソフトウェアプログラムは、複数のモジュールに論理的に分けられ得る。たとえば、一実施形態において、プロセッサによって実行されるプログラムは、１つの層の出力が次の層の入力であるように一連の層として配置された少なくとも２つのモジュールを含む。本明細書で使用されるそのような階層化は、制御部１０２の層または論理モジュールを指定し、異なる情報を必要とする異なる段階に制御を分けることを可能にする。

図１Ｃにおいて意図されているが示されていないのは、自動運転システムが、車、トラック、オートバイ、バス、ボート、飛行機、ヘリコプター、芝刈り機、レクリエーション用車両、遊園地用乗り物、農場機器、建設機器、トラム、ゴルフカート、列車、および路面電車を含み得る車両を含み得ることである。この車両は、プロセッサおよびメモリを含むコンピュータなどの、１つ以上のコンピュータを有し得る。メモリは、プロセッサが実行および使用可能な命令およびデータを含む、プロセッサがアクセス可能な情報を格納し得る。メモリは、ハードドライブ、メモリカード、および読出専用メモリを用いて読み出され得るデータを格納するコンピュータ読取可能媒体を含み得る。命令は、プロセッサによって直接的に実行される（機械コードなど）または間接的に実行される（スクリプトなど）任意の一組の命令であり得る。データは、命令に従って、プロセッサによって取り出され、格納され、または変更され得る。プロセッサは、車両から離れて配置されて車両と無線通信し得る。

コンピュータは、中央処理装置（ＣＰＵ）、ウェブブラウザなどのデータおよび命令を格納するメモリ（たとえば、ＲＡＭおよび内部ハードドライブ）、電子ディスプレイ（たとえば、スクリーンを有するモニタ、小型ＬＣＤタッチスクリーン、または情報を表示するように動作可能なその他の電気デバイス）、ユーザ入力（たとえば、マウス、キーボード、タッチスクリーン、および／またはマイクロフォン）、ならびに、人物の状態および特徴に関する明示的または暗黙的情報を収集するためのさまざまなセンサ（たとえば、ビデオカメラ）など、通常コンピュータに関連して使用されるすべての構成要素を含み得る。コンピュータは、車両に組み込まれた自動運転計算システムであってもよい。

また、図１Ｃにおいて意図されているが示されていないのは、車両の内部の特徴である。自動車両は、たとえば、ハンドルなどのステアリング装置、ナビゲーションディスプレイ（電子ディスプレイの一部であり得る）などのナビゲーション表示装置、および変速装置などのギア選択装置など、非自動車両のすべての特徴を含み得る。車両はまた、上記に加えて、１つ以上の自動運転モードを始動もしくは停止するための、および運転者もしくは乗客がナビゲーション目的地などの情報を自動運転コンピュータに提供することを可能にするための、タッチスクリーン（電子ディスプレイの一部であり得る）、またはボタン入力など、さまざまなユーザ入力装置を有し得る。自動運転計算システムは、車両の構成要素と通信可能であり得る。コンピュータは、車両の中央プロセッサと通信し得、車両の移動、速度等を制御するために、たとえばブレーキシステム、加速システム、シグナリングシステム、およびナビゲーションシステムなどの車両のさまざまなシステムに対して情報を送受信し得る。車両の中央プロセッサは、非自動コンピュータ内の中央プロセッサのすべての機能を実行し得る。または、プロセッサは、単一の処理装置または並列動作する複数の処理装置を備えていてもよい。コンピュータは、車両のこれらの機能の一部またはすべてを制御し、したがって完全にまたは部分的に自動であることが可能である。

車両はまた、装置の地理的位置を求めるためにコンピュータと通信する地理的位置構成要素を含み得る。この位置構成要素は、装置の緯度、経度、および／または高度位置を求めるためにＧＰＳ受信機を含み得る。レーザを使用する局所化システム、慣性支援ＧＰＳ、またはカメラを使用する局所化など、他の位置システムを用いて車両の位置を特定してもよい。車両の位置は、緯度、経度、および高度などの絶対地理的位置と、しばしば絶対地理的位置よりも高精度に求めることができる、すぐ周囲の他の車に対する位置などの相対位置情報とを含み得る。

また、図１Ｃにおいて意図されているが示されていないのは、車両はまた、加速度計、ジャイロスコープ、または車両の方向および速度もしくはそれらの変化を判断するための別の方向／速度検出装置など、コンピュータと通信する他の装置を含み得ることである。加速装置が、重力方向またはそれに垂直な平面に対する加速装置のピッチ、ヨーまたはロール（またはその変化）を判断し得る。装置はまた、速度の増減、およびそのような変化の方向を追跡し得る。コンピュータは、さまざまな構成要素を制御することによって車両の方向および速度を制御し得る。一例として、車両が完全な自動運転モードで動作している場合、コンピュータは車両を、（たとえば、エンジンに与えられる燃料または他のエネルギを増やすことによって）加速させ、（たとえば、エンジンに供給される燃料を減らすことによって、またはブレーキをかけることによって）減速させ、（たとえば、２つの前輪を回転させることによって）方向を変えさせ得る。

また、図１Ｃにおいて意図されているが示されていないのは、車両の外部の特徴が、他の車両、道路の障害物、交通信号、標識、木々等の、車両の外部の物体を検出するための構成要素を含み得ることである。検出システムは、レーザ、ソナー、レーダ、カメラ、またはコンピュータによって処理され得るデータを記録するその他の検出装置を含み得る。たとえば、車両が小型乗用車である場合、この車は屋根または他の便利な位置に搭載されたレーザを含み得る。

レーザは、約５００フィート、４０度の垂直視野、および約４０度の水平視野の範囲を有し得る。レーザは、約２００～３５０フィート、４０度の垂直視野、および３６０度の水平視野の範囲を有し得る。レーザは車両に範囲情報および輝度情報を提供し得、コンピュータはこの情報を用いてさまざまな物体の位置および距離を特定し得る。さらに、レーザは、レーザの軸上を回転してレーザのピッチを変更することによって、車両と車両に対向する物体表面との間の距離を測定し得る。車両はまた、アダプティブクルーズコントロールシステムに用いられるような、さまざまなレーダ検出部を含み得る。これらのレーダ検出部の各々は、約７００フィート、約２５度の視野範囲、および約１６０フィート、約７４度の視野範囲を有することが可能である。

さらに、図１Ｃにおいて意図されているが示されていないのは、２つ以上のカメラの画像からの視差を用いてさまざまな物体までの距離を計算できるように、カメラが車両に搭載され、場合によっては予め定められた距離に搭載され得ることである。また、コンピュータに接続されるセンサは、タイヤ空気圧センサ、エンジン温度センサ、ブレーキ熱センサ、ブレーキパッドステータスセンサ、タイヤトレッドセンサ、燃料センサ、油面および油質センサ、（温度、湿度、または空気中の微粒子を検出するための）空気品質センサ、ドアセンサ、ライト、ワイパー等を含み得る。これらのセンサの多くが提供するデータはリアルタイムでコンピュータによって処理され、すなわち、センサは、ある範囲の時間にまたはある範囲の時間にわたって検知されている環境を反映するようにセンサの出力を絶えず更新し、検知した環境に応答して車両のその当時の方向または速度を変更すべきか否かをコンピュータが判断できるように、その更新した出力を絶えずまたは要求に応じてコンピュータに提供し得る。

さまざまなセンサによって提供されるデータを処理することに加えて、コンピュータは、以前の時点で得られた、車両が環境内に存在するか否かに関わらず持続していると予想される環境データに依存し得る。たとえば、データは、詳細な地図情報、たとえば、道路の形状および隆起、車線境界線、交差点、横断歩道、速度制限、交通信号、建物、標識、リアルタイムの交通情報、草木、または他のそのような物体および情報を識別する非常に詳細な地図を含み得る。たとえば、この地図情報は、さまざまな道路区間に対応付けられた明示的な速度制限情報を含み得る。速度制限データは、手動で入力されてもよく、または、たとえば光学式文字認識を用いて以前に撮影された速度制限標識の画像からスキャンされてもよい。

図２Ａは、３つの操作モードの切り替えを示す概略図である。システムが（モード１）にあり、運転者が車線変更を開始したことが車両状態によって判定されると、（モード１）自動車線維持モードから（モード２）自動車線変更モードへの切り替え２０７が起こる。この判定は、車両状態が車線変更切り替えに対応する安全領域にあるか否か、およびシステムが車線変更に課すペナルティが車線維持に課すペナルティよりも小さいか否かに依存する。車線変更切り替えに対応する安全領域は、車両状態のセットであり、これらの車両状態は、車両がこれらの状態のうちの１つを達成すると（モード２）への切り替えおよび車線変更の完了が安全かつスムーズとなるように予め計算されており、設計者によって決定されている。車線変更および車線維持に対するペナルティは設計者によって決定される。

システムが（モード１）にあり、運転者が車線維持安全領域を出たこと、および運転者が（モード２）自動車線維持への切り替え２０７を行っていないことが車両状態によって判定されると、（モード１）自動車線維持モードから（モード３）マニュアルモードへの切り替え２０８が起こる。車線維持に対応する安全領域は車両状態のセットであり、これらの車両状態は、車両がこれらの状態のうちの１つを達成すると車両の車線維持が安全かつスムーズとなるように予め計算されており、設計者によって決定されている。

システムが（モード３）にあり、運転者が車線維持を開始したことが車両状態によって判定されると、（モード３）マニュアルモードから（モード１）自動車線維持モードへの切り替え２０６が起こる。この判定は、車両状態が車線維持切り替えに対応する安全領域にあるか否かに依存する。車線維持切り替えに対応する安全領域は車両状態のセットであり、これらの車両状態は、車両がこれらの状態のうちの１つを達成すると（モード１）への切り替えおよび車線維持の開始が安全かつスムーズとなるように予め計算されており、設計者によって決定されている。必然的に、この安全領域は、切り替え２０８に対応する安全領域よりも小さいはずである。車線維持を再開するよりも車線維持を開始する方が難しいはずだからである。

システムが（モード２）にあり、運転者が車線変更安全領域を出たことが車両状態によって判定されると、（モード２）自動車線変更モードから（モード３）マニュアルモードへの切り替え２０９が起こる。車線変更に対応する安全領域は車両状態のセットであり、これらの車両状態は、車両がこれらの状態のうちの１つを達成すると車線変更が安全かつスムーズに続行するように予め計算されており、設計者によって決定されている。必然的に、この安全領域は、切り替え２０７に対応する安全領域よりも大きいはずである。車線変更を再開するよりも車線変更を開始する方が難しいはずだからである。

車線変更が完了すると、（モード２）自動車線変更モードから（モード１）自動車線維持モードへの切り替え２１０が起こる。

図２Ｂは、安全領域の決定に用いられる構成要素を示す概略図である。すべての安全領域２２７は、両方とも設計者によって提供される安全制約２２１と閉ループ車両力学２２３のモデルとをプログラム的に使用して、すべての現在時および将来時について安全制約の実施を保証する状態のセットを計算することにより、アルゴリズム的に計算される。閉ループ車両力学のモデルは、車両の物理的挙動と、車両を作動させるための制御スキームとを用いて決定される。次いで、閉ループ車両モデルの力学の下ですべての現在時および将来時について安全制約が実施されることを保証する状態が、安全領域に投入される。これを達成するアルゴリズム的手順は、最大許容集合を求めるために用いられる計算手順である。

図２Ｃは、本開示のいくつかの実施形態に係る、図２Ａおよび図２Ｂの局面に係る方法を示すフロー図である。

図２Ｃのステップ２１０は、車両のシステムの車両制御システム（ＶＣＳ）が、予め定義された運転モードの切り替えを検出することを含む。

図２Ｃのステップ２１５は、運転者が車両の動きを、すなわち運転モードの切り替えを本当に意図していたのか、またはそれは意図しないものであったのかの判定をＶＣＳが要求することを含み、運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。

図２Ｃのステップ２２０は、移行指示を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）車両の環境のステータス、（ｉｉ）車両の車両状態、および（ｉｉｉ）車両のシステムを評価するように構成されたＶＣＳを用いることを含む。

図２Ｃのステップ２２５は、自動車線維持モード２３１、自動車線変更モード２３２、またはマニュアル運転モード２３３を含み得る、移行前の運転モードを判定することを含む。

図２Ｃのステップ２３５は、移行後の運転モードを判定することを含む。

図２Ｃのステップ２４０は、評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に一意に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択することを含む。

図２Ｃのステップ２４５は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定することを含む。

図２Ｃのステップ２５０は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成することを含む。

図２Ｃのステップ２５５は、運転者が車両を安全領域に入るように作動させた場合は、表示の優先度に基づいて一組の表示のうちの第１の表示を選択し、運転者が車両を安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択することを含む。ＶＣＳは運転者に第１の表示または第２の表示を表示することができ、この結果、移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの車両の切り替えが開始される。

図３は、本開示の実施形態に係る物理的なステアリングシステムの概略図である。この物理的なステアリングシステムは、運転者がハンドル３６０を特定の方向３６１に動かすことを含み得る。ハンドルはステアリングコラム３６２を介して車輪に接続されてもよく、その場合、運転者は車輪を作動させる。ラックモータ３６４が、ステアリングコラム３６２と、車輪３６５に接続するシャフト３６３とを作動させる。ラックモータはハンドルを動かして車輪の方向３７２を変える。同時に、車輪の方向がハンドルの方向に対応するようにハンドルシャフトが作動されるので、ステアリングの方向３７４が変わる。

実験から得られた知識は、ステアリング制御システムを含み得る自動操作車両についての方法が設計可能であることである。ステアリング制御システムは所望のヘディングを含んでもよく、所望のヘディングは追跡コントローラに送られ、追跡コントローラは所望のヘディングを確実に追跡するために電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モータに信号を送る。さらに、自動操作は所望の基準信号を追跡するので、自動操作の場合はリファレンスガバナ式のアプローチを使用してもよい。具体的には、リファレンスガバナは、制約許容とみなされ得る追跡コントローラについての基準入力を決定する、単に制約実施スキームとして追跡コントローラに適用されるアドオンスキームであってもよい。

また、実験から得られたのは、ステアリング制御システムを有する手動操作車両についての方法が設計可能であることである。たとえば、ステアリング制御システムはハンドルにおけるトルクを測定してもよく、トルクは増幅器を用いて増幅されてもよく、増幅器は運転者に援助トルクを与えるためにＥＰＳモータに信号を送る。さらに、手動操作の場合での使用にはモデル予測制御（ＭＰＣ）式のアプローチがより適しており、これは、手動操作はアクチュエータ信号を直接決定し、ＭＰＣはアクチュエータ信号を直接操作するように設計されるためである。

しかし、双方のステアリング制御システムは根本的に異なり得ることが上記の実験から分かった。たとえば、２つの実験用ステアリング制御システムを本開示の実施形態と比較すると、多数の問題の中でもとりわけ少なくとも１つの問題に気付いた。すなわち、実験した制約実施アプローチの双方は、制約を考慮しないコントローラよりも多くの計算リソースを必要とするという点で、はるかに計算的に重く、または計算的にコストがかかる。つまり、実験した制約実施アプローチの双方を並列に使用することは、本開示に従うように１種類の制約実施メカニズムのみを使用することと比べて、望ましくないであろう。本開示によれば、自動操作モードおよび手動操作モードの双方でリファレンスガバナを使用できる方法が提供される。たとえば、制約実施スキームは、スキーム自体がリファレンスガバナと称され得る方法を含んでもよく、これは、制約を考慮に入れることなく設計されたフィードバックコントローラにアドオンされるように設計された制約実施スキームである。

本開示のいくつかの実施形態は、運転者と車両の連携を可能にする共有制御アーキテクチャを導入する。新規な点は、ハンドルを用いる車両の手動制御によってすべての移行が達成されることである。具体的には、運転者は、モード間の移行をもたらす適切な状態になるように車両を作動させることによって、モード間の移行を達成する。ハンドルは常にラックに装着されているので、運転者は常に車両を制御することができ、そのため、モードの切り替えは比較的迅速かつスムーズである。

本開示は、マニュアル、車線維持、および車線変更、の３つのモードのうちの１つを含むいくつかの実施形態を含む。具体的には、モード間の移行は、制約許容集合のメンバシップに基づく移行条件を満たすことによって始動される。これらの許容集合を特徴付ける制約は、車両状態が特定のモードへの移行を安全かつ適切に開始できるか否かをテストするように設計される。マニュアルから車線維持への移行の場合、このテストは、車両が車線の中央の十分近くにあり、自動追従に安全に関与するように十分低速に横方向に動いているか否かである。車線維持から車線変更への移行の場合、このテストは、何らかの所定のコスト関数に基づいて、車線を変更するコストと現在の車線を追従するコストのどちらの方が高いか、およびこれをスムーズに行うことができるか否かである。自動からマニュアルへの移行、すなわち運転者引き継ぎの場合、このテストは、車両状態が所定の領域を出て、スムーズな制御に対応付けられた制約が実施できなくなったか否かである。ある意味では、マニュアル運転はエラー状態として取り扱われる。

本開示で使用される主な構成は、最大許容集合と称される。定義上、最大許容集合は、閉ループ制御システムがすべての現在時および将来時について所定の出力制約の集合を実施するようなすべての初期状態の集合である。これらの集合は、出力制約の所与の集合と閉ループ力学とに基づいて予め計算可能であるため、有用である。本開示では、それらを用いて、本願の閉ループコントローラが操作制約を実施するか否かをテストする。異なる移行に対応して異なる集合を計算し、各許容集合内の状態の集合メンバシップをテストすることによって移行が始動されたか否かを判定する。制御技術が所定の制約の集合を実施するように設計される共有制御については、制約集合を使用することが考えられる。

自動コントローラ
本開示の車線維持コントローラに関して、（Ａ）車両力学、（Ｂ）ステアリングシステム力学、（Ｃ）車線維持支援、および（Ｄ）自動車線変更、を含むいくつかの局面についてさらに詳細に述べる。

モード間の移行
図４は、本開示の実施形態に係る、マニュアルモード（Ｍ）、車線維持（ＬＫ）、および車線変更操作（ＬＣ）を切り替えるための論理を示す概略図であり、ノード上のラベルは移行の要件を示している。

本開示のいくつかの実施形態は、マニュアルモードおよび自動モードと車線維持モードおよび車線変更モードとの間を移行する方法を含む。可能な移行が図４に示されており、図４の状態図は、マニュアル（Ｍ）、車線維持（ＬＫ）、および車線変更（ＬＣ）の３つの操作モード、ならびにこれら３つの間の移行論理を示している。この節では、モードの切り替えを説明する。マニュアルモードから自動モードに、次に車線維持から車線変更に、そして最後に自動モードからマニュアルモードに切り替える方法のさらなる詳細を提供するために、（Ａ）自動引き継ぎ、（Ｂ）運転者が開始する自動車線変更、（Ｃ）運転者が開始する自動車線変更、（Ｄ）マニュアル引き継ぎ、および（Ｅ）合成、を含む各局面について以下に述べる。

Ｄ．合成
図４において、状態図は、マニュアル（Ｍ）、車線維持（ＬＫ）、および車線変更（ＬＣ）の３つの操作モード、ならびにこれら３つの間の移行論理を示している。なお、（２４）∩（２５）および（２７）の双方が同時に真である可能性があるので、前者が真でないことを確認してから後者を確認することによって矛盾をネゴシエートする。

運転シミュレータについての実験結果
図５は、本開示の実施形態に係る、運転シミュレータにおいて制御スキームを評価するための、運転シミュレータセットアップを示す概略図である。CarSim 2018.0およびMATLAB（登録商標） Simulink R2015bを用いて車両力学をシミュレートする。道路の可視化はCarSim VS Visualizerによって提供され、６０Ｈｚのリフレッシュレートでコンピュータモニタ上に投影される。運転者は、力フィードバックを提供するThrustmaster T300RSゲーミングホイールを用いて、シミュレートされるシステムを作動させる。本願では、予め定義されたE-Class CarSim車両を用いて、ステアリングシステムに変更を加えて車両力学をシミュレートする。

具体的には、CarSimの内部ステアリングシステムモデルを、上述の「自動コントローラ」、「ステアリングシステム力学」の節で提示したものに置き換える。これは、ゲーミングホイールをシステムに装着することができるようにするために行われる。Simulinkは力フィードバックトルクＴ_ｆｆをゲーミングホイールに送り、ホイールからハンドルの角度θ_ｈを受信する。角度θ_ｈをSimulinkにおいて微分してθ^・ _ｈを得る。Simulinkにおいて、ステアリング力学を適用して路面車輪の角度δを決定し、これをCarSimに送ってδの値をそのソフトウェア内で上書きする。CarSimはシステム状態ｘをSimulinkモデルに送り、Simulinkモデルは他のすべての状態、推定値、および制御入力を決定する。シミュレーションの期間中は一定速度を仮定し、したがって、ν_ｘ＝８０ｋｍ／ｈに維持されている予め設定された速度を追跡するようにCarSim内部運転者モデルを設定する。

両テストにおいて、運転者は目標の左側の車線を運転することによって開始し、目標車線の中央に車両を導く。図６Ｃの力フィードバックトルクのプロットに見ることができるように、代替テスト（２９）の結果はそれほど良いものではない。代替テストの結果、典型的に、運転者への力フィードバックが２倍大きくなり、その結果として切り換え時にぎくしゃくした感覚が生じることがテスト時に定性的に観察された。これは、最大許容集合を使用すると、より単純な方法と比較して、切り替えをよりスムーズにできることを意味する。

図７Ａおよび図７Ｂは、本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフであり、図７Ａは基準車線からの位置を示しており、図７Ｂは相対的な位置変化速度を示しており、図７Ａおよび図７Ｂの垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフであり、図８Ａはハンドル位置を示しており、図８Ｂは車線維持のコスト（暗い）および車線変更のコスト（明るい）を示しており、図８Ａおよび図８Ｂの垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。

図７Ａおよび図７Ｂならびに図８Ａおよび図８Ｂに関して、次の実験では、左車線変更を開始した後に右車線変更を行うことによって当該方法の車線切り替えパフォーマンスをテストしている。図７Ａおよび図７Ｂならびに図８Ａおよび図８Ｂに示される結果によれば、運転者は、システムが車線変更への引き継ぎを行うことができる状態になるように車両を作動させることによって、車線変更を開始できることが注目される。さらに、図８Ａおよび図８Ｂは、このことが、車線変更を追従するコストが車線を維持するコストよりも低いとシステムが判定するまで、ハンドルを中心位置から約２０°スムーズに動かすことに対応することを示している。

図９Ａおよび図９Ｂは、本開示に係る、名目上の制御スキーム（暗い）および代替の制御スキーム（明るい）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフであり、図９Ａは基準車線からの位置を示しており、図９Ｂはハンドル位置を示しており、図９Ａおよび図９Ｂの垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。図９Ａおよび図９Ｂに関して、最後の実験では、運転者がマニュアル引き継ぎの実行を試みる２つのテストを行った。

第１のテストでは、名目上の制御スキームを使用し、第２のテストでは、ＬＫ→ＬＣテスト（２４）∩（２５）を（２４）のみに置換し、ＬＫ→Ｍテスト（２７）∩￢（（２４）∩（２５））を（２７）のみに置換した。事実上、これは、車線変更が車線追従コントローラの対象となる制約許容領域に入っているか否かの確認を無視する。予想通り、（２５）についての確認がされなくなると、コントローラは、運転者からのはるかに大きい力を、運転者がマニュアル引き継ぎを望んでいると認識するのではなく、車線変更要求と解釈する。これは図９Ａおよび図９Ｂに見ることができ、図９Ａおよび図９Ｂでは、代替のスキームは、ステアリング角の大きい急激な変化を車線変更要求であると間違えるが、名目上の制御スキームは、ステアリング角のより小さい同様の急激な変化をマニュアル引き継ぎ要求であると判定することができる。

実験に基づいて、自動車においてマニュアルモードと自動モードとの間を移行をする方法は３つのモードを含む。この３つの運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。自動モードコントローラは、車線維持時に車線の中央を追従するように、または車線変更時にジャークが最小の車線変更軌道を追従するように設計した。移行を判定するために、最大許容集合のメンバシップ判定基準を満たすことに基づいてモード間を移行する状態機械を設計した。実験の結果、本開示のシステムおよび方法は、スムーズで、安全で、適切なモード間の移行を示すことが確認された。

特徴
本開示の別の実施形態によれば、運転者による道路での半自動車両の運転中に、車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示をプロセッサから受信することを含む方法が提供される。運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含む。移行指示を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）車両の環境のステータス、（ｉｉ）車両の車両状態、および（ｉｉｉ）車両のシステムを評価するように構成されたプロセッサを用いる。評価のうちの１つ以上に基づいて、車両の状態に一意に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、車両の状態が予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたか否かを判定する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成する。運転者が車両を安全領域に入るように作動させた場合は、表示の優先度に基づいて一組の表示のうちの第１の表示を選択し、運転者が車両を安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択する。運転者に第１の表示または第２の表示を表示し、この結果、移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの車両の切り替えが開始される。以下の局面は、上記実施形態を改良した実施形態を構成するものとして意図されている。

本開示の局面では、運転モード間の移行は、マニュアル運転モードから車線維持モードへの切り替えである第１の移行と、車線維持モードから車線変更モードへの切り替えである第２の移行と、車線維持モードからマニュアル運転モードへの切り替えである第３の移行と、車線変更からマニュアルモードへの切り替えである第４の移行とを含み、車線変更モードから車線維持モードに戻る切り替えは、車線変更が完了したか否かに基づく。

本開示の別の局面では、第１の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、予め定義された移行条件は、車両のシステムの自動追従モジュールを安全に動作させるために、車両が道路の車線の中央に近い予め定義された距離範囲内にあるか否かと、車両が予め定義された速度範囲で横方向に動いていることとを含む。車両のシステムがマニュアル運転モードにあり、プロセッサが車両が安全領域に入るように作動されていることを確認すると、プロセッサは自動引き継ぎが開始されたと判定し、安全領域は、車両のシステムの自動コントローラが安全に制御を引き継ぎ、中央車線を追従し、安全制約を実施できることを保証するすべての状態のセットである。

本開示の別の局面では、第２の移行は予め定義された移行条件のセットを含み得、予め定義された移行条件は、予め定義されたコスト関数に基づいて、車両が車線を変更するコストと車両が現在の車線を追従するコストのどちらの方が高いか、および、予め定義されたコスト範囲に基づいて、中央車線を追従するコストがジャークが最小の車線変更軌道を追従するコストよりも高いか否かを含む。車両のシステムが車線維持モードにあるとき、プロセッサは車両が安全領域に入るように作動されているか否かを確認し、確認されると、プロセッサは、車線変更が開始されたか否かを判定するために第１の追加の予め定義された移行条件をさらに実行し、第２の追加の予め定義された移行条件は、車線維持を再開するのに必要な労力と、車線変更を行うのに必要な労力とを比較し、第１の追加の予め定義された移行条件に加えて、車線変更の方が労力が少なくて済む場合は、プロセッサは車線変更が開始されたと判定する。

本開示の別の局面では、第３の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、予め定義された移行条件は、車両状態が予め定義された安全領域を出て、車両の均一制御に対応付けられている予め定義された移行制約をプロセッサが実施できなくなったか否かを含み、プロセッサはその場合、マニュアル運転モードを、エラー状態である、または車両の運転者引き継ぎであるとみなす。予め定義された安全領域は、車両のシステムの自動コントローラが中央車線を追従して予め定義された安全移行制約を実施することを保証するすべての車両状態のセットであり、車両のシステムが車線維持モードにあるとき、プロセッサは予め定義された安全移行制約が違反されているか否かを確認し、予め定義された安全移行制約が違反されている場合、かつ同時に車線変更が開始されていない場合は、プロセッサはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する。

本開示の別の局面では、第４の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、予め定義された移行条件は、車両状態が予め定義された安全領域を出て、車両の均一制御に対応付けられている予め定義された移行制約をプロセッサが実施できなくなったか否かを含み、プロセッサはその場合、マニュアル運転モードを、エラー状態である、または車両の運転者引き継ぎであるとみなす。予め定義された安全領域は、車両のシステムの自動コントローラが車線変更を行って予め定義された安全移行制約を実施することを保証するすべての車両状態のセットであり、車両のシステムが車線変更モードにあるとき、プロセッサは予め定義された安全移行制約が違反されているか否かを確認し、確認されると、プロセッサはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する。

本開示の別の局面では、車線変更モードから車線維持モードに戻る切り替えのための車線変更は、車線変更軌道が道路の新たな車線の中央に集束したときに完了したと判定される。

本開示の別の局面では、運転モード間の移行は、許容集合のメンバシップに基づく予め定義された移行条件を満たすことによって始動される。予め定義された移行条件は、これらの許容集合を特徴付ける、かつ車両状態が特定のモードへの移行を安全に開始できるか否かを判定するように構成された、制約である。安全性は、車両のシステムに対応付けられた切り替えシステムの設計者によって決定される制約を用いて規定される。

本開示の別の局面では、運転者は、車両のラックに装着されたハンドルを動かして、モード間の移行をもたらす車両状態になるように車両を作動させることによって、車両の手動制御により、モード間のすべての移行を達成することができる。

本開示の別の局面では、安全領域は、車両が対応する特定のモードで車両を安全に操作することができる車両状態のセットを表す。

本開示の別の局面では、プロセッサは、車両の現在の状態が、対応付けられている予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを判定することによって、運転者の意図を判定する。

本開示の別の局面では、運転者に第１の表示を表示することは、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたことが確認されていること、車両が安全領域に入るように作動されていること、および運転者は車両の継続制御または所与の制御が許可されていることを示し、運転者に第２の表示を表示することは、運転モードの切り替えが運転者によって開始されたことが確認されていないこと、車両が安全領域から出るように作動されていること、および、ある期間内に運転者が車両の手動制御により、運転モード間の移行をもたらす車両状態になるように車両を作動させない限り、車両のシステムの自動運転システムが運転者から制御を取り上げることを示す。

定義
本開示の局面に従い、実験に基づいて、以下の定義を構築したが、当然ながらこれらは各表現または用語の完全な定義ではない。提供している定義は、実験から得られた理解に基づいて一例として提供しているだけであり、その他の解釈、定義、およびその他の局面が適する場合もある。しかしながら、少なくとも、提示している表現または用語の単なる基本的プレビューとして、このような定義を提供している。

プロセッサ：非限定的な例により、ハードウェアプロセッサであり、請求項１に記載されているプロセッサはコンピュータハードウェアであってもよい、すなわち、コンピュータを駆動して本開示に記載されているアルゴリズムを実現する基本命令に応答してこの命令を処理する論理回路であってもよい。

車両の車両状態：自動車両が動いている間のある瞬間のある特定の場所における当該車両の状況を記述する一連の属性値を、その瞬間の車両の「状態」と称する。一連の属性はベクトルと定義することができ、これらを用いて表現される車両の状態は、位置（ｘ，ｙ，ｚ）、向き（θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）、線速度（ν_ｘ，ν_ｙ，ν_ｚ）および角速度（ω_ｘ，ω_ｙ，ω_ｚ）である。

車両の状態に一意に対応する予め定義された移行条件：モードを切り替えるか否かを管理する論理テストであり、２つのテストが同時に真であることができないように、車両状態に依存する。それらのテストは車両設計段階で決定され、したがって予め定められている。

車両の環境のステータス：車両外部の環境に関するすべての属性の状況である。これは、たとえば、車線および他の車両の位置を含み得る。

図１０は、本開示の実施形態に係る、代替コンピュータまたはプロセッサを用いて実現できる、図１Ａの方法を示すブロック図である。コンピュータ１０１１は、バス１０５６で接続された、プロセッサ１０４０と、コンピュータ読取可能メモリ１０１２と、ストレージ１０５８と、ディスプレイ１０５２およびキーボード１０５１に対するユーザインターフェイス１０４９とを含む。たとえば、プロセッサ１０４０およびコンピュータ読取可能メモリ１０１２と通信するユーザインターフェイス１０４９は、ユーザによる、ユーザインターフェイス１０５７の表面、キーボード表面からの入力を受けると、測定データを取得しコンピュータ読取可能メモリ１０１２に格納する。

意図されているのは、メモリ１０１２が、プロセッサが実行可能な命令、履歴データ、ならびに本開示の方法およびシステムが利用できる任意のデータを格納できることである。プロセッサ１０４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスタ、または任意の数のその他の構成であってもよい。プロセッサ１０４０は、バス１０５６を通して１つ以上の入力および出力デバイスに接続できる。メモリ１０１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、またはその他の適切なメモリシステムを含み得る。

引続き図１０を参照して、ストレージデバイス１０５８は、プロセッサが使用する補足データおよび／またはソフトウェアモジュールを格納するように適合させることができる。たとえば、ストレージデバイス１０５８は、履歴デバイスデータ、およびデバイスのマニュアルなどのその他の関連デバイスデータを格納することができ、デバイスは、本開示に関して上述したような測定データを得ることができるセンシングデバイスである。これに加えてまたはこれに代えて、ストレージデバイス１０５８は、測定データと同様の履歴データを格納することができる。ストレージデバイス１０５８は、ハードドライブ、光学ドライブ、サムドライブ（thumb-drive）、ドライブのアレイ、またはこれらの任意の組み合わせを含み得る。

このシステムは、任意で、当該システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように適合させたディスプレイインターフェイス（図示せず）に、バス１０５６を通してリンクさせることができ、このディスプレイデバイスは、とりわけ、コンピュータモニタ、カメラ、テレビ、プロジェクタ、またはモバイルデバイスを含み得る。

システム１０１１は電源１０５４を含むことができるが、用途に応じて、電源１０５４は、任意でコンピュータ１０１１の外部にあってもよい。また、プリンタインターフェイス１０５９を、バス１０５６を通して接続し、プリンティングデバイス１０３２に接続するように適合させることができ、プリンティングデバイス１０３２は、とりわけ、液体インクジェットプリンタ、固体インクプリンタ、大規模商用プリンタ、サーマルプリンタ、ＵＶプリンタ、または染料昇華型プリンタを含み得る。ネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）１０３４を、バス１０５６を通してネットワーク１０３６に接続するように適合させ、とりわけ、測定データまたはその他のデータを、コンピュータ１０１１の外部の、サードパーティディスプレイデバイス、サードパーティイメージングデバイス、および／またはサードパーティプリンティングデバイス上で、レンダリングすることができる。

引き続き図１０を参照して、とりわけ、測定データまたはその他のデータは、ネットワーク１０３６の通信チャネルで送信することができる、および／または、格納および／またはさらに他の処理のためにストレージシステム１０５８内に格納することができる。さらに、測定データまたはその他のデータは、無線もしくは有線で受信機１０４６（もしくは外部受信機１０３８）から受信されてもよく、または、無線もしくは有線で送信機１０４７(もしくは外部送信機１０３９）を介して送信されてもよく、受信機１０４６および送信機１０４７の双方は、バス１０５６を通して接続される。コンピュータ１０１１は、入力インターフェイス１００８を介して外部センシングデバイス１０４４および外部入出力デバイス１０４１に接続されてもよい。コンピュータ１０１１は、その他の外部コンピュータ１０４２に接続されてもよい。さらにコンピュータ１０１１は、メモリデバイス１００６およびセンサ１００４および車両１００２の制御システムに接続されてもよい。出力インターフェイス１００９を用いて、処理されたデータをプロセッサ１０４０から出力してもよい。

実施形態
以下の説明は、具体例としての実施形態を提供しているにすぎず、本開示の範囲、利用可能性、または構成を限定することを意図していない。むしろ、具体例としての実施形態の以下の説明は、具体例としての１つ以上の実施形態を実現することを可能にする説明を当業者に提供するであろう。添付されている請求項に記載の、開示されている主題の精神および範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成に対して行い得る、さまざまな変更が意図されている。

具体的な詳細は、実施形態の完全な理解を提供するために以下の説明で提供される。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態は実施し得ることを理解できる。たとえば、開示されている主題におけるシステム、プロセス、およびその他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないようにするために、ブロック図の形態で構成要素として示されてもよい。他の例では、実施形態を不明瞭にすることを避けるために、周知のプロセス、構造、および技術を、不必要な詳細なしで示すことがある。さらに、各種図面における同様の参照番号および名称は同様の要素を示す。

また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明することもできる。フローチャートは動作を逐次プロセスとして説明することができるが、動作の多くは並列または同時に実行することができる。加えて、動作の順序を並べ替えてもよい。プロセスは、その動作が完了したときに終了してもよいが、論じられていないまたは図に含まれていない追加のステップを有していてもよい。さらに、具体的に記載されているいずれかのプロセスにおけるすべての動作が、すべての実施形態において起こり得る訳ではない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに対応し得る。プロセスが関数に対応する場合、この関数の終了は、この関数が呼び出し関数または主関数に戻ることに対応していてもよい。

さらに、開示されている主題の実施形態は、少なくとも部分的に、手動または自動のいずれかで実現し得るものである。手動または自動による実現は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せの使用を通じて、実行または少なくとも支援し得るものである。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実現される場合、必要なタスクを実行するためのプログラムコードまたはコードセグメントは、機械読取可能媒体に格納されてもよい。プロセッサ（複数のプロセッサ）が、必要なタスクを実行してもよい。

さらに、本開示の実施形態および本明細書に記載の機能的動作は、デジタル電子回路、有形で実施されるコンピュータソフトウェアまたはファームウェア、本明細書で開示される構造およびそれらの構造的均等物を含むコンピュータハードウェア、または、それらの１つ以上の組合せにおいて、実現することができる。さらに、本開示のいくつかの実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置による実行のために、またはデータ処理装置の動作を制御するために、有形の非一時的なプログラムキャリア上で符号化されたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして、実現することができる。さらに、プログラム命令は、データ処理装置による実行のために適切な受信装置に送信される情報を符号化するために生成された、人工的に生成された伝搬信号、たとえば機械によって生成された電気、光学、もしくは電磁信号上で、符号化することができる。コンピュータ記憶媒体は、機械読取可能ストレージデバイス、機械読取可能ストレージ基板、ランダムもしくはシリアルアクセスメモリデバイス、またはそれらの１つ以上の組み合わせであってもよい。

本開示の実施形態に従うと、「データ処理装置」という用語は、例として、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータを含む、データを処理するすべての種類の装置、デバイス、およびマシンを包含し得る。この装置は、専用論理回路、たとえばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含み得る。この装置はまた、ハードウェアに加えて、当該コンピュータプログラムの実行環境を生成するコード、たとえば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらの１つ以上の組み合わせを構成するコードを含み得る。

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、またはコードと呼ばれるまたはそういうものとして説明されることもある）は、コンパイルされたもしくは解釈された言語、または宣言的もしくは手続き型言語を含む任意の形態のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとして、任意の形態でデプロイすることができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応し得るが、対応していなくてもよい。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部に、たとえばマークアップ言語文書に格納された１つ以上のスクリプト、対象プログラム専用の単一ファイル、またはコーディネートした複数のファイル、たとえば１つ以上のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部を格納するファイルに、格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、または１つの場所に位置するかもしくは複数の場所に分散され通信ネットワークで相互に接続された複数のコンピュータ上で実行されるようにデプロイすることができる。コンピュータプログラムの実行に適したコンピュータは、一例として、汎用マイクロプロセッサもしくは専用マイクロプロセッサもしくはその両方、または任意の他の種類の中央処理装置に基づいていてもよい。一般的に、中央処理装置は、読出専用メモリまたはランダムアクセスメモリまたはその両方から命令およびデータを受ける。コンピュータの必須要素は、命令を実施または実行するための中央処理装置と、命令およびデータを記憶するための１つ以上のメモリデバイスとである。一般的に、コンピュータはまた、データを記憶するための１つ以上の大容量記憶装置、たとえば、磁気、光磁気ディスク、もしくは光ディスクを含むか、または、それからデータを受けるかまたはそれにデータを転送するかまたはその両方を行うように、上記ディスクに作動的に結合される。しかしながら、コンピュータはそのようなデバイスを有していなくてもよい。さらに、コンピュータは、別のデバイスに埋め込むことができる、たとえば数例を挙げると、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルオーディオもしくはビデオプレーヤ、ゲームコンソール、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信機、または携帯型記憶装置、たとえばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブに、埋め込むことができる。

ユーザとのやり取りを提供するために、本明細書に記載の主題の実施形態は、ユーザに情報を表示するための表示装置、たとえばＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがコンピュータに入力を提供できるようにするキーボードおよびポインティングデバイス、たとえばマウスまたはトラックボールとを有する、コンピュータ上で実現されてもよい。他の種類のデバイスを用いてユーザとのやり取りを提供してもよい。たとえば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、たとえば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックであってもよく、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、または触覚入力を含む任意の形態で受けることができる。加えて、コンピュータは、ユーザとのやり取りを、ユーザが使用するデバイスに文書を送信し当該デバイスから文書を受信することによって、たとえばユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザに、ウェブブラウザから受信した要求に応じてウェブページを送信することによって、実現することができる。

本明細書に記載の主題の実施形態は、たとえばデータサーバとしてバックエンドコンポーネントを含む、または、ミドルウェアコンポーネント、たとえばアプリケーションサーバを含む、または、フロントエンドコンポーネント、たとえば本明細書に記載の主題の実装形態とユーザがやり取りできるようにするグラフィカルユーザインターフェイスもしくはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータを含む、または、そのようなバックエンド、ミドルウェア、もしくはフロントエンドコンポーネントの１つ以上の任意の組み合わせを含む、コンピューティングシステムにおいて実現することができる。システムの構成要素は、デジタルデータ通信の任意の形態または媒体、たとえば通信ネットワークにより、相互に接続することができる。通信ネットワークの例は、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）およびワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、たとえばインターネットを含む。

コンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含み得る。クライアントおよびサーバは、一般的には互いに離れており、典型的には通信ネットワークを通してやり取りする。クライアントとサーバの関係は、各コンピュータ上で実行されクライアントとサーバの相互の関係を有するコンピュータプログラムから発生する。

本開示をいくつかの好ましい実施形態を用いて説明してきたが、その他さまざまな適合化および修正を本開示の精神および範囲の中で実施できることが理解されねばならない。したがって、本開示の真の精神および範囲に含まれるこのような変形および修正形をすべてカバーすることが以下の請求項の局面である。

本開示の実施形態に係る、半自動車両の自動モードとマニュアルモードを切り替える運転者の意図を判定するためのいくつかのシステムおよび方法ステップを示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態の原理を利用した車両制御システムを含む車両の概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る車両制御システムのブロック図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、３つの操作モードの切り替えを示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、安全領域の決定に用いられる構成要素を示す概略図である。 本開示のいくつかの実施形態に係る、図２Ａおよび図２Ｂの局面に係る方法を示すフロー図である。 本開示の実施形態に係る物理的なステアリングシステムの概略図である。 本開示の実施形態に係る、マニュアルモード（Ｍ）、車線維持（ＬＫ）、および車線変更操作（ＬＣ）を切り替えるための論理を示す概略図であり、ノード上のラベルは移行の要件を示している。 本開示の実施形態に係る、運転シミュレータにおいて制御スキームを評価するための、運転シミュレータセットアップを示す概略図である。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ ｂ）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ ｂ）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、相対的な位置変化速度を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ ｂ）についての自動引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、ゲーミングホイールに送信される無次元の力フィードバックコマンドを示しており（±１０は飽和限界である）、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、相対的な位置変化速度を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、ハンドル位置を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフ図であり、車線維持のコスト（ａ）および車線変更のコスト（ｂ）を示しており、垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ ｂ）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、基準車線からの位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。 本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ ｂ）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフ図であり、ハンドル位置を示しており、垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。 本開示の実施形態に係る、代替コンピュータまたはプロセッサを用いて実現可能な図１Ａの方法を示すブロック図である。

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示に係る、運転者が開始した車線変更に対応するプロットを示すグラフであり、図８Ａはハンドル位置を示しており、図８Ｂは車線維持のコスト（ａ）および車線変更のコスト（ｂ）を示しており、図８Ａおよび図８Ｂの垂直線は実験の結果による車線変更の開始および完了を表している。

図９Ａおよび図９Ｂは、本開示に係る、名目上の制御スキーム（ａ）および代替の制御スキーム（ｂ）についてのマニュアル引き継ぎに対応するプロットを示すグラフであり、図９Ａは基準車線からの位置を示しており、図９Ｂはハンドル位置を示しており、図９Ａおよび図９Ｂの垂直線は実験の結果による自動モードへの移行または車線変更の開始を表している。図９Ａおよび図９Ｂに関して、最後の実験では、運転者がマニュアル引き継ぎの実行を試みる２つのテストを行った。

図１０は、本開示の実施形態に係る、代替コンピュータまたはプロセッサを用いて実現できる、図１Ａの方法を示すブロック図である。コンピュータ１０１１は、バス１０５６で接続された、プロセッサ１０４０と、コンピュータ読取可能メモリ１０１２と、ストレージ１０５８と、ディスプレイ１０５２およびキーボード１０５１に対するユーザインターフェイス１０４９とを含む。たとえば、プロセッサ１０４０およびコンピュータ読取可能メモリ１０１２と通信するユーザインターフェイス１０４９は、ユーザによる、ユーザインターフェイス１０４９の表面、キーボード表面からの入力を受けると、測定データを取得しコンピュータ読取可能メモリ１０１２に格納する。

Claims (20)

1. 方法であって、
   運転者による道路での半自動車両の運転中に、前記車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示をプロセッサから受信することを備え、前記運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含み、前記方法はさらに、
   前記プロセッサを用いることを備え、前記プロセッサは、
   前記移行指示を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）前記車両の環境のステータス、（ｉｉ）前記車両の車両状態、および（ｉｉｉ）前記車両のシステムを評価し、
   前記評価のうちの１つ以上に基づいて、前記車両の状態に一意に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択し、
   前記運転者が前記車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、前記車両の状態が前記予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたか否かを判定し、
   前記運転者が前記車両を前記安全領域に入るように作動させたか、または前記安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成し、
   前記運転者が前記車両を前記安全領域に入るように作動させた場合は、前記表示の優先度に基づいて前記一組の表示のうちの第１の表示を選択し、前記運転者が前記車両を前記安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択し、
   前記運転者に前記第１の表示または前記第２の表示を表示するように構成され、この結果、前記移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの前記車両の切り替えが開始される、方法。
2. 前記運転モード間の移行は、前記マニュアル運転モードから前記車線維持モードへの切り替えである第１の移行と、前記車線維持モードから前記車線変更モードへの切り替えである第２の移行と、前記車線維持モードから前記マニュアル運転モードへの切り替えである第３の移行と、車線変更からマニュアルモードへの切り替えである第４の移行とを含み、前記車線変更モードから前記車線維持モードに戻る切り替えは、車線変更が完了したか否かに基づく、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、前記予め定義された移行条件は、前記車両のシステムの自動追従モジュールを安全に動作させるために、前記車両が前記道路の車線の中央に近い予め定義された距離範囲内にあるか否かと、前記車両が予め定義された速度範囲で横方向に動いていることとを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記車両の前記システムが前記マニュアル運転モードにあり、前記プロセッサが前記車両が前記安全領域に入るように作動されていることを確認すると、前記プロセッサは自動引き継ぎが開始されたと判定し、前記安全領域は、前記車両のシステムの自動コントローラが安全に制御を引き継ぎ、中央車線を追従し、安全制約を実施できることを保証するすべての状態のセットである、請求項３に記載の方法。
5. 前記第２の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、前記予め定義された移行条件は、予め定義されたコスト関数に基づいて、前記車両が車線を変更するコストと前記車両が現在の車線を追従するコストのどちらの方が高いか、および、予め定義されたコスト範囲に基づいて、中央車線を追従するコストがジャークが最小の車線変更軌道を追従するコストよりも高いか否かを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記車両の前記システムが前記車線維持モードにあるとき、前記プロセッサは前記車両が前記安全領域に入るように作動されているか否かを確認し、確認されると、前記プロセッサは、車線変更が開始されたか否かを判定するために第１の追加の予め定義された移行条件をさらに実行し、第２の追加の予め定義された移行条件は、車線維持を再開するのに必要な労力と、車線変更を行うのに必要な労力とを比較し、前記第１の追加の予め定義された移行条件に加えて、車線変更の方が労力が少なくて済む場合は、前記プロセッサは車線変更が開始されたと判定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記第３の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、前記予め定義された移行条件は、車両状態が予め定義された安全領域を出て、前記車両の均一制御に対応付けられている予め定義された移行制約を前記プロセッサが実施できなくなったか否かを含み、前記プロセッサは実施できなくなった場合、前記マニュアル運転モードを、エラー状態である、または前記車両の運転者引き継ぎであるとみなす、請求項１に記載の方法。
8. 前記予め定義された安全領域は、前記車両の前記システムの自動コントローラが中央車線を追従して予め定義された安全移行制約を実施することを保証するすべての車両状態のセットであり、前記車両の前記システムが前記車線維持モードにあるとき、前記プロセッサは予め定義された安全移行制約が違反されているか否かを確認し、前記予め定義された安全移行制約が違反されている場合、かつ同時に車線変更が開始されていない場合は、前記プロセッサはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第４の移行は予め定義された移行条件のセットを含み、前記予め定義された移行条件は、車両状態が予め定義された安全領域を出て、前記車両の均一制御に対応付けられている予め定義された移行制約を前記プロセッサが実施できなくなったか否かを含み、前記プロセッサは実施できなくなった場合、前記マニュアル運転モードを、エラー状態である、または前記車両の運転者引き継ぎであるとみなす、請求項１に記載の方法。
10. 前記予め定義された安全領域は、前記車両の前記システムの自動コントローラが車線変更を行って予め定義された安全移行制約を実施することを保証するすべての車両状態のセットであり、前記車両の前記システムが前記車線変更モードにあるとき、前記プロセッサは前記予め定義された安全移行制約が違反されているか否かを確認し、確認されると、前記プロセッサはマニュアル引き継ぎが開始されたと判定する、請求項９に記載の方法。
11. 前記車線変更モードから前記車線維持モードに戻る切り替えのための車線変更は、車線変更軌道が前記道路の新たな車線の中央に集束したときに完了したと判定される、請求項１に記載の方法。
12. 前記運転モード間の移行は、許容集合のメンバシップに基づく予め定義された移行条件を満たすことによって始動される、請求項１に記載の方法。
13. 前記予め定義された移行条件は、これらの許容集合を特徴付ける、かつ前記車両状態が特定の運転モードへの移行を安全に開始できるか否かを判定するように構成された、制約である、請求項１２に記載の方法。
14. 安全性は、前記車両の前記システムに対応付けられた切り替えシステムの設計者によって決定される制約を用いて規定される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記運転者は、前記車両のラックに装着されたハンドルを動かして、運転モード間の移行をもたらす車両状態になるように前記車両を作動させることによって、前記車両の手動制御により、運転モード間のすべての移行を達成することができる、請求項１に記載の方法。
16. 前記安全領域は、前記車両が前記車両を対応する特定の運転モードで安全に操作することができる車両状態のセットを表す、請求項１に記載の方法。
17. 前記プロセッサは、前記車両の現在の状態が、対応付けられている前記予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを判定することによって、運転者の意図を判定する、請求項１に記載の方法。
18. 前記運転者に前記第１の表示を表示することは、前記運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたことが確認されていること、前記車両が前記安全領域に入るように作動されていること、および前記運転者は前記車両の継続制御または所与の制御が許可されていることを示し、
    前記運転者に前記第２の表示を表示することは、前記運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたことが確認されていないこと、前記車両が前記安全領域から出るように作動されていること、および、ある期間内に前記運転者が前記車両の手動制御により、運転モード間の移行をもたらす車両状態になるように前記車両を作動させない限り、前記車両の前記システムの自動運転システムが前記運転者から制御を取り上げることを示す、請求項１に記載の方法。
19. １つ以上のプロセッサを備えるシステムであって、前記プロセッサは、
    運転者による道路での半自動車両の運転中に、前記車両をある運転モードから別の運転モードに切り替える移行指示を受信するように構成され、前記運転モードは、自動車線維持モード、自動車線変更モード、およびマニュアルモードを含み、前記プロセッサはさらに、
    前記要求を受信したことに応答して、プロトコルデータを用いて（ｉ）前記車両の環境のステータス、（ｉｉ）前記車両の車両状態、および（ｉｉｉ）前記車両のシステムを評価し、
    前記評価のうちの１つ以上に基づいて、前記車両の状態に対応する複数の予め定義された移行条件から、予め定義された移行条件のセットを選択し、
    前記運転者が前記車両を安全領域に入るように作動させたか、または安全領域から出るように作動させたかを検証するために、前記車両の状態が前記予め定義された移行条件のセットを満たすか否かを確かめることによって、運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたか否かを判定し、
    前記運転者が前記車両を前記安全領域に入るように作動させたか、または前記安全領域から出るように作動させたかの判定に基づいて、一組の表示を生成し、
    前記運転者が前記車両を前記安全領域に入るように作動させた場合は、前記表示の優先度に基づいて前記一組の表示のうちの第１の表示を選択し、前記運転者が前記車両を前記安全領域から出るように作動させた場合は、第２の表示を選択し、
    前記運転者に前記第１の表示または前記第２の表示を表示するように構成され、この結果、前記移行指示が確定されるか、またはマニュアル運転モードから自動運転モードへの前記車両の切り替えが開始される、システム。
20. 前記運転モード間の移行は、前記マニュアル運転モードから前記車線維持モードへの切り替えである第１の移行と、前記車線維持モードから前記車線変更モードへの切り替えである第２の移行と、前記車線維持モードから前記マニュアル運転モードへの切り替えである第３の移行と、車線変更からマニュアルモードへの切り替えである第４の移行とを含み、前記車線変更モードから前記車線維持モードに戻る切り替えは、車線変更が完了したか否かに基づき、
    前記運転者は、前記車両のラックに装着されたハンドルを動かして、運転モード間の移行をもたらす車両状態になるように前記車両を作動させることによって、前記車両の手動制御により、運転モード間のすべての移行を達成することができ、
    前記第１の表示は、前記運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたことが確認されていること、前記車両が前記安全領域に入るように作動されていること、および前記運転者は前記車両の継続制御または所与の制御が許可されていることを示し、
    前記第２の表示は、前記運転モードの切り替えが前記運転者によって開始されたことが確認されていないこと、前記車両が前記安全領域から出るように作動されていること、および、前記運転者が前記車両の手動制御により、運転モード間の移行をもたらす車両状態になるように前記車両を作動させない限り、前記車両の前記システムの自動運転システムが前記運転者から制御を取り上げることを示す、請求項１９に記載のシステム。

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