JP4781104B2 - Driving action estimation device and driving support device - Google Patents
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Description
本発明は、運転行動推定装置、運転支援装置、及び車両評価システムに係り、例えば、ドライバモデルを使用して運転行動を推定、運転支援、及び車両評価を行う装置、システムに関する。 The present invention relates to a driving behavior estimation device, a driving support device, and a vehicle evaluation system, and, for example, relates to a device and system for estimating driving behavior, driving support, and vehicle evaluation using a driver model.
車両運転者(ドライバ)の運転操作のモデル化、及びその応用について種々の提案がされている。
例えば、特許文献1記載技術では、ファジールールやニューラルネットワークを使用したドライバモデルにより、交差点道路の危険度を評価する技術について提案されている。
Various proposals have been made on the modeling of the driving operation of a vehicle driver (driver) and its application.
For example, the technique described in
特許文献1記載技術では、ファジールールやニューラルネットワークを使用してのドライバモデルを構成しているため、ファジールールの作成や、バックプロパゲーション等の学習が必要であり、ドライバモデルを容易に作成することができない。
また、従来技術では、一般的なドライバを対象としたモデルの作成は可能であるが、運転者毎の運転操作の特徴をより正確に表現することは困難であった。
このため、複数の運転者毎の特徴を表すドライバモデルを作成することができなかった。
さらに、従来のドライバモデルは、交差点道路の危険度を評価するためのモデルであり、運転動作の運転行動を推定するドライバモデルではなかった。
In the technique described in
In addition, in the prior art, it is possible to create a model for a general driver, but it is difficult to more accurately express the characteristics of the driving operation for each driver.
For this reason, a driver model representing characteristics for each of a plurality of drivers could not be created.
Furthermore, the conventional driver model is a model for evaluating the risk of the intersection road, and is not a driver model for estimating the driving behavior of the driving action.
そこで本発明は、容易に作成することが可能で、ドライバの運転特徴をより正確に表現可能なドライバモデルを使用し、運転行動を推定することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to estimate driving behavior using a driver model that can be easily created and that can more accurately express driving characteristics of the driver.
(1)請求項1記載の発明では、車両走行に伴い検出される特徴量として、N種類の特徴量の時系列データを学習データとし、N次元空間における各データが存在する確率分布を記述したアクセル用のドライバモデルと、ブレーキ用のドライバモデルと、前記N種類の内の特定の特徴量xを除いた少なくとも1つ以上の特徴量を取得する特徴量取得手段と、前記取得した特徴量に対する、前記アクセル用のドライバモデル又はブレーキ用のドライバモデルにおける最大事後確率を算出する最大事後確率算出手段と、前記算出した最大事後確率に基づいて、前記取得した特徴量に対する前記特定の特徴量xの推定値を出力する出力手段と、を備え、前記アクセル用のドライバモデルと、ブレーキ用のドライバモデルは、前記N種類の特徴量の時系列データを学習データとし、各データが存在する確率分布として、EMアルゴリズムにより算出されたGMM(ガウス混合モデル)で記述されていることを特徴とする運転行動推定装置を提供する。
(2)請求項2記載の発明では、前記特定の特徴量xが、アクセル操作量である場合、前記最大事後確率算出手段はアクセル用のドライバモデルにおける最大事後確率を算出し、前記出力手段が出力する推定値は次のアクセル操作量であることを特徴とする請求項1記載の運転行動推定装置を提供する。
(3)請求項3記載の発明では、前記特定の特徴量xが、ブレーキ操作量である場合、前記最大事後確率算出手段はブレーキ用のドライバモデルにおける最大事後確率を算出し、前記出力手段が出力する推定値は次のブレーキ操作量であることを特徴とする請求項1記載の運転行動推定装置を提供する。
(4)請求項4記載の発明では、前記アクセル用のドライバモデルと、ブレーキ用のドライバモデルは、前記N種類の特徴量の時系列データを学習データとする際、少なくともアクセル操作量、ブレーキ操作量、自車両の車速、前方車両との車間距離、前記車速の1階微分値、2階微分値及び前記車間距離の1階微分値、2階微分値を含む特徴量の時系列データを用いることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の運転行動推定装置を提供する。
(5)請求項5記載の発明では、請求項2記載の運転行動推定装置と、自車両の車速と車間距離を取得する走行データ取得手段と、前記取得した走行データに対して前記運転行動推定装置で推定されるアクセル操作量に従って、エンジンスロットル及びブレーキペダルを制御することで前方車両に対する自動追従走行を行う走行制御手段と、を具備したことを特徴とする運転支援装置を提供する。
(6)請求項6記載の発明では、請求項3記載の運転行動推定装置と、自車両の車速と車間距離を取得する走行データ取得手段と、前記取得した走行データに対して前記運転行動推定装置で推定されるブレーキ操作量に従って、エンジンスロットル及びブレーキペダルを制御することで前方車両に対する自動追従走行を行う走行制御手段と、を具備したことを特徴とする運転支援装置を提供する。
(1) In the invention described in
(2) In the present invention of
(3) In the present invention of
(4) In the
(5) In the invention of
(6) In the invention of
本発明では、車両走行に伴い検出されるN種類の特徴量の時系列データを学習データとし、N次元空間における各データが存在する確率分布を記述したドライバモデルを使用し、特定の特徴量xを除いた特徴量に対する、前記ドライバモデルにおける最大事後確率を算出し、前記特定の特徴量xの推定値として出力するので、容易に作成することが可能で、ドライバの運転特徴により近い運転行動を推定することができる。 In the present invention, the time series data of N types of feature quantities detected as the vehicle travels is used as learning data, and a driver model describing a probability distribution in which each data exists in the N-dimensional space is used, and a specific feature quantity x The maximum a posteriori probability in the driver model is calculated for the feature quantity excluding, and is output as the estimated value of the specific feature quantity x. Therefore, it is possible to easily create the driving behavior closer to the driving feature of the driver. Can be estimated.
以下、本発明の運転行動推定装置、運転支援装置、及び車両評価システムにおける好適な実施の形態について、図1から図15を参照して詳細に説明する。
(1)実施形態の概要
本実施形態では、ドライバ個々人で異なっている運転行動特性をモデル化することで、ドライバの特性に合わせた車両制御や運転支援を行い、安心かつ快適な安全運転を支援する。また、統計的データに基づいた客観的な評価基準を用いた車両設計評価システムを構築する。
ここで、ドライバのモデル化処理及びモデルを用いた出力計算処理が簡単であれば、上記用途が安易且つ安価に実現可能となる。
そこで、本実施形態では、ドライバモデルにGMM(ガウス混合モデル)を用いることで、各ドライバ毎のドライバモデルを簡便に生成することができ、さらに、条件付き確率を最大化する計算により、運転操作行動を容易に推定し出力する。
Hereinafter, preferred embodiments of the driving behavior estimation device, the driving support device, and the vehicle evaluation system of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(1) Outline of the embodiment In this embodiment, the driving behavior characteristics that are different for each driver are modeled, so that vehicle control and driving support according to the characteristics of the driver are performed, and safe and comfortable safe driving is supported. To do. In addition, a vehicle design evaluation system using objective evaluation criteria based on statistical data is constructed.
If the driver modeling process and the output calculation process using the model are simple, the above application can be realized easily and inexpensively.
Therefore, in this embodiment, by using a GMM (Gaussian mixture model) as a driver model, a driver model for each driver can be easily generated, and further, a driving operation can be performed by a calculation that maximizes a conditional probability. Easily estimate and output behavior.
すなわち、本実施形態の運転行動推定装置では、アクセル操作量、車速、車間距離等の複数種類の特徴量からなる走行データを学習データとしてEM(Expectation Maximization)アルゴリズムにより算出したガウス混合モデルをドライバモデルとして採用する。
このガウス混合モデルは、EMアルゴリズムにより、同時確率密度分布を計算することで得られる同時確率密度関数のパラメータで構成され、必要に応じて各ドライバ毎、更にドライバのアクセル操作用、ブレーキ操作用、車間距離維持範囲用等の推定する特徴量毎に生成される。
That is, in the driving behavior estimation apparatus of the present embodiment, a Gaussian mixture model calculated by an EM (Expectation Maximization) algorithm using driving data including a plurality of types of feature quantities such as an accelerator operation amount, a vehicle speed, and an inter-vehicle distance as learning data is a driver model. Adopt as.
This Gaussian mixture model is composed of the parameters of the joint probability density function obtained by calculating the joint probability density distribution by the EM algorithm, and for each driver as necessary, for the driver's accelerator operation, for brake operation, It is generated for each estimated feature amount for the inter-vehicle distance maintenance range.
そして、ドライバモデルに使用した複数の特徴量のうちの特定の特徴量xを除く走行データY(=y1、y2、…)を測定し、この走行データYに対するドライバモデルにおける最大事後確率を算出することで、特徴量xを推定する。 Then, travel data Y (= y1, y2,...) Excluding a specific feature amount x among a plurality of feature amounts used in the driver model is measured, and a maximum posterior probability in the driver model for the travel data Y is calculated. Thus, the feature quantity x is estimated.
例えば、ドライバ甲のドライバモデルを予め生成しておき、前方車両に追随して自動走行するオートクルーズ(ACC)を実行する。
すなわち、ACCにおいて、特徴量x=アクセル操作量を除く、車速や車間距離等の走行データYを検出し、甲のドライバモデルにおける最大事後確率を算出する。この値は、同一条件下においてドライバ甲が実際に操作するであろうアクセル操作量と推定され、推定したアクセル操作量に従ってアクセル制御(エンジンスロットル制御)が実行される。
これにより、ドライバモデルを生成したドライバの運転操作に近いアクセル操作が行われることになる。
For example, a driver model of the driver A is generated in advance, and auto-cruise (ACC) that automatically travels following the vehicle ahead is executed.
That is, in ACC, the travel data Y such as the vehicle speed and the inter-vehicle distance, excluding the feature amount x = accelerator operation amount, is detected, and the maximum posterior probability in the instep driver model is calculated. This value is estimated as the accelerator operation amount that the driver A will actually operate under the same conditions, and accelerator control (engine throttle control) is executed according to the estimated accelerator operation amount.
Thereby, an accelerator operation close to the driving operation of the driver who generated the driver model is performed.
また、ある設計値データ(性能データ)の車両を、走路モデルによる仮想空間を走行させる際に、予め生成しておいたドライバモデルを使用して各種運転行動の特徴量を推定することで、車両の性能を評価する。 In addition, when driving a vehicle with certain design value data (performance data) in a virtual space based on a road model, the vehicle is estimated by estimating feature quantities of various driving actions using a driver model generated in advance. Evaluate the performance.
(2)実施形態の詳細
図1は、本実施形態における運転行動推定装置によるドライバモデルの生成と、生成したドライバモデルに基づく運転行動の推定に関する原理を表したものである。
なお、ドライバモデルの生成と運転行動の推定については、特徴量として車速V、前方車両との車間距離Fと、これらの1次の動的特徴量ΔV、ΔF(1階微分値)、2次の動的特徴量ΔΔV、ΔΔF(2階微分値)、及びアクセル操作のドライバモデルとしてアクセル操作量Gと1次の動的特徴量ΔG、ブレーキ操作のドライバモデルとしてブレーキ操作量Bと1次の動的特徴量ΔBを使用する場合について説明する。
(2) Details of Embodiment FIG. 1 shows a principle relating to generation of a driver model by the driving behavior estimation apparatus in the present embodiment and estimation of driving behavior based on the generated driver model.
Regarding generation of the driver model and estimation of driving behavior, the vehicle speed V as the feature quantity, the inter-vehicle distance F from the preceding vehicle, and these primary dynamic feature quantities ΔV and ΔF (first-order differential values), secondary Dynamic feature amounts ΔΔV and ΔΔF (second-order differential value), accelerator operation amount G and primary dynamic feature amount ΔG as a driver model for accelerator operation, and brake operation amount B and primary order as a driver model for brake operation. A case where the dynamic feature amount ΔB is used will be described.
本実施形態の運転行動推定装置では、アクセル操作量、車速、車間距離等から構成される走行データ1を学習データとして、走行データに対応する各ドライバ毎のGMMによるドライバモデル2をEMアルゴリズムにより予め生成しておく。
In the driving behavior estimation apparatus according to the present embodiment, the
そして、ドライバの運転行動(例えば、アクセル操作量)を推定する場合、対応するドライバモデル2を使用し、時刻tにおける走行データ1の測定値(V、F、ΔV、…)3に対する最大事後確率4を計算することで、該ドライバが操作するであろうアクセル操作量5を推定するようになっている。
When estimating the driver's driving behavior (for example, accelerator operation amount), the
この例の運転行動推定装置では、ドライバは現在の車速、車間距離、及びそれらの1次、2次の動的特徴量に基づいてアクセルペダルとブレーキペダルの操作量を決めているとの仮定に基づいている。 In the driving behavior estimation device of this example, it is assumed that the driver determines the amount of operation of the accelerator pedal and the brake pedal based on the current vehicle speed, the inter-vehicle distance, and the primary and secondary dynamic feature amounts thereof. Is based.
以下、ドライバモデルの生成と運転行動の推定の原理について詳細に説明する。
(A)ドライバモデルの学習
GMMを用いたドライバモデル2では、学習データを必要とし、特徴量として走行データ1を使用した。
走行データ1は、所定の測定間隔s(sは任意であるが本実施形態ではs=0.1秒)毎の時系列データを使用する。
走行データ1は、ドライバモデル生成の対象となるドライバが実際に運転したデータであり、予め測定、保存しておいた走行データ1を使用することで、オフラインの学習が可能になる。また、実際にドライバが運転している際にリアルタイムで測定、収集した走行データ1を使用するようにしてもよい。
Hereinafter, the principle of driver model generation and driving behavior estimation will be described in detail.
(A) Learning of Driver Model In the
The
The
本実施形態の運転行動推定装置では、各ドライバごとにGMMを生成することで、各ドライバの特性に合ったモデル化が可能となる。
ドライバモデルの特徴量(走行データ1)としては、上述したように、車速、車間距離、及びそれらの1次、2次の動的特徴量とアクセルペダル操作量、及びアクセルペダル操作量の1次の動的特徴量が使用される。
このように、特徴量に動的特徴量を加えてモデル化することで、前後の時間関係を考慮することになり、滑らかで自然性の高い推定結果を得ることができる。
なお、説明では、1次及び2次の動的特徴量を使用した場合について説明するが、1次の動的特徴量だけ使用するようにしてもよい。
In the driving behavior estimation apparatus according to the present embodiment, by generating a GMM for each driver, modeling that matches the characteristics of each driver is possible.
As described above, the driver model feature amount (running data 1) includes the vehicle speed, the inter-vehicle distance, and their primary and secondary dynamic feature amounts, the accelerator pedal operation amount, and the primary amount of the accelerator pedal operation amount. Of dynamic features are used.
In this way, by adding the dynamic feature amount to the feature amount and modeling, the time relationship before and after is taken into consideration, and a smooth and highly natural estimation result can be obtained.
In the description, the case where the primary and secondary dynamic feature quantities are used will be described. However, only the primary dynamic feature quantity may be used.
同様に、ブレーキペダルに関するドライバモデル化も可能である。
なお、アクセルペダル用、ブレーキペダル用、車間距離範囲用等の複数のドライバモデルを生成する場合には、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量等以外のデータ(V、F、ΔV、ΔF、…)は同一のデータを使用してもよい。
Similarly, a driver model for the brake pedal is also possible.
When generating a plurality of driver models for the accelerator pedal, the brake pedal, the inter-vehicle distance range, etc., data other than the accelerator pedal operation amount, the brake pedal operation amount, etc. (V, F, ΔV, ΔF,... ) May use the same data.
本実施形態において、走行データのうち動的特徴量についてはアクセル操作量、車速、車間距離の測定値から計算により求めているが、実際に測定するようにしてもよい。 In the present embodiment, the dynamic feature amount of the travel data is calculated from the measured values of the accelerator operation amount, the vehicle speed, and the inter-vehicle distance, but may be actually measured.
そして、本実施形態では、走行データ1に対する混合ガウス分布(GMM)を計算することで、ドライバモデル2を生成する。
すなわち、走行データ1に対する同時確率密度分布をEMアルゴリズムを使用して算出し、算出した同時確率密度関数のパラメータ={λi,→μi,Σi|i=1,2,3,…M}をGMMによるドライバモデル2としてデータベース等の記憶手段に記憶しておく。
ここで、λiは重みを、→μiは平均ベクトル群を、Σiは分散共分散行列群を、Mは混合数を表す。また、→μiのように前に→を表示したものはベクトルを意味する。
このように、本実施形態のGMMでは特徴次元間の相関も考慮して、全角共分散行列を用いている。
In this embodiment, the
That is, the joint probability density distribution for the running
Here, λi represents a weight, → μi represents an average vector group, Σi represents a variance-covariance matrix group, and M represents the number of mixtures. In addition, a symbol that is previously displayed as → μi means a vector.
As described above, the GMM according to the present embodiment uses the full-width covariance matrix in consideration of the correlation between the feature dimensions.
なお、EMアルゴリズムとしては、例えば、中川聖一著、「確率モデルによる音声認識」(電子情報通信学会 1988、P51〜P54)に従って、混合ガウス分布のEMアルゴリズムによる推定を行う。 As the EM algorithm, the mixed Gaussian distribution is estimated by the EM algorithm in accordance with, for example, Seiichi Nakagawa, “Voice Recognition by Probability Model” (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers 1988, P51 to P54).
(B)運転行動(アクセルペダル及びブレーキペダル操作量)の推定
ドライバは現在の車速、車間距離、及びそれらの1次、2次の動的特徴量に基づいてアクセルペダルとブレーキペダルの操作量を決めているという仮定に基づき、ペダルの操作量等の運動行動を推定する。
すなわち、特徴量の同時分布から、与えられた条件下において最も確率の高いアクセルペダル操作量等の運動行動を推定する。
(B) Estimation of driving behavior (accelerator pedal and brake pedal operation amount) The driver calculates the operation amount of the accelerator pedal and the brake pedal based on the current vehicle speed, the inter-vehicle distance, and their primary and secondary dynamic features. Based on the assumption that it is determined, the motor behavior such as the pedal operation amount is estimated.
That is, from the simultaneous distribution of the feature amount, the motion behavior such as the accelerator pedal operation amount having the highest probability under the given condition is estimated.
これは、条件付確率の最大化の問題であり、最大事後確率の計算による。
すなわち、アクセルペダル操作量∧G(t)と、ブレーキペダル操作量∧B(t)は、y(t)が与えられた条件で条件付き確率を最大にする値x(t)の推定であり、最大事後確率として、それぞれ次の式(1)、(2)で計算される。
This is a problem of maximizing conditional probability, and is based on the calculation of maximum posterior probability.
That is, the accelerator pedal operation amount ∧G (t) and the brake pedal operation amount ∧B (t) are estimates of the value x (t) that maximizes the conditional probability under the condition where y (t) is given. The maximum posterior probabilities are calculated by the following equations (1) and (2), respectively.
∧G(t)=arg max p(G|ΔG,V(t),F(t),ΔV(t),ΔF(t),ΔΔV(t),ΔΔF(t)) 式(1)
∧B(t)=arg max p(B|ΔB,V(t),F(t),ΔV(t),ΔF(t),ΔΔV(t),ΔΔF(t)) 式(2)
∧G (t) = arg max p (G | ΔG, V (t), F (t), ΔV (t), ΔF (t), ΔΔV (t), ΔΔF (t)) Equation (1)
∧B (t) = arg max p (B | ΔB, V (t), F (t), ΔV (t), ΔF (t), ΔΔV (t), ΔΔF (t)) Equation (2)
ここで、∧G(t)のように、前に∧を表示したものは推定値であることを意味する。
また、
p(G|ΔG,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF)
={p(G,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF,ΔG)}/{∫∫…∫p(G,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF,ΔG)dΔG,dV,dF,dΔV,dΔF,dΔΔV,dΔΔF}
p(B|ΔB,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF)
={p(B,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF,ΔB)}/{∫∫…∫p(B,V,F,ΔV,ΔF,ΔΔV,ΔΔF,ΔB)dΔB,dV,dF,dΔV,dΔF,dΔΔV,dΔΔF}
である。
Here, like ∧G (t), the one displaying ∧ before means an estimated value.
Also,
p (G | ΔG, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF)
= {P (G, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF, ΔG)} / {∫∫ ... ∫p (G, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF, ΔG) dΔG, dV, dF , dΔV, dΔF, dΔΔV, dΔΔF}
p (B | ΔB, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF)
= {P (B, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF, ΔB)} / {∫∫ ... ∫p (B, V, F, ΔV, ΔF, ΔΔV, ΔΔF, ΔB) dΔB, dV, dF , dΔV, dΔF, dΔΔV, dΔΔF}
It is.
式(1)、(2)において、tは時刻、G,B,V,F,Δはそれぞれ、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、車速、車間距離、及び動的特徴量を表す。 In equations (1) and (2), t represents time, and G, B, V, F, and Δ represent accelerator pedal operation amount, brake pedal operation amount, vehicle speed, inter-vehicle distance, and dynamic feature amount, respectively.
ただし、条件付確率を最大にするアクセルペダル及びブレーキペダルの値は、最小値から最大値までの区間において、ある刻み幅(例えば、0から10000まで100刻み)で数値積分を行うことにより確率を算出し、その確率が最大となったときのアクセルペダル及びブレーキペダルの値を推定結果としてもよい。 However, the value of the accelerator pedal and the brake pedal that maximizes the conditional probability is obtained by performing numerical integration with a certain step size (for example, 100 steps from 0 to 10,000) in the interval from the minimum value to the maximum value. The value of the accelerator pedal and the brake pedal when the probability is calculated and the probability becomes the maximum may be used as the estimation result.
図2は、最大事後確率による運転行動の推定に関する概略を表したものである。
この図2では、簡単のため、ある時刻tの特徴量y(t)が与えられたときに∧x(t)を推定する場合を示している。
FIG. 2 shows an outline of estimation of driving behavior based on the maximum posterior probability.
For simplicity, FIG. 2 shows a case in which ∧x (t) is estimated when a feature value y (t) at a certain time t is given.
図3は、運転行動推定装置の構成を表したものである。
本実施形態における運転行動推定装置は、ドライバモデル生成部10と、運転行動推定部11とを備えている。
この運転行動推定装置は、CPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータシステムにより実現される。
なお、運転行動推定装置としては、他装置により生成したドライバモデルを使用することで、ドライバモデル生成部10を備えない構成とすることも可能である。
FIG. 3 shows the configuration of the driving behavior estimation device.
The driving behavior estimation apparatus in the present embodiment includes a driver
This driving behavior estimation device is realized by a computer system including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
In addition, as a driving action estimation apparatus, it can also be set as the structure which is not provided with the driver model production |
ドライバモデル生成部10は、運転者情報取得部101、走行データ取得部102、同時確率密度分布計算部103、同時確率密度関数パラメータ記憶部104を備えている。
運転者情報取得部101は、生成したドライバモデルとドライバとを対応つけるための情報で、運転者IDで構成される。すなわち、走行データ取得部102で取得する走行データを測定した際のドライバを特定する運転者IDである。
The driver
The driver
走行データ取得部102は、GMMによるドライバモデルを生成するための学習データとしての走行データを取得する。
図4は、走行データ取得部102で取得する走行データを表したものである。
図4に示されるように、走行データとしては、走行環境データ(a)、及びドライバ操作データ(b)が存在する。
但し、これらの走行データは、データとして使用可能なものを列記したものであり必ずしも全てが必要となるデータではない。生成するドライバモデルによって、データが適宜選択されるものである。
The travel
FIG. 4 shows the travel data acquired by the travel
As shown in FIG. 4, traveling environment data (a) and driver operation data (b) exist as traveling data.
However, these traveling data list what can be used as data, and are not necessarily all necessary data. Data is appropriately selected depending on the driver model to be generated.
図4(a)に示されるように、走行環境データは、走行状況データと道路状況データとがある。
走行状況データは、走行や環境によって変化するデータで、車速、車間距離、天候、渋滞有無(渋滞の程度)、明るさ、その他のデータが存在する。
道路状況データは、道路の状態を表すデータで、環境により変化しないデータである。道路状況データには、道路種別、舗装形態、道路幅、車線数、摩擦係数、凹凸係数、カーブ曲率、カント、傾斜、見通し、その他のデータが存在する。
As shown in FIG. 4A, the travel environment data includes travel status data and road status data.
The driving situation data is data that changes depending on driving and environment, and includes vehicle speed, distance between vehicles, weather, traffic jam (degree of traffic jam), brightness, and other data.
The road condition data is data that represents a road condition and does not change depending on the environment. The road condition data includes road type, pavement form, road width, number of lanes, friction coefficient, unevenness coefficient, curve curvature, cant, slope, line of sight, and other data.
図4(b)に示されるように、ドライバ操作データには、ハンドル操作量、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量、車間距離維持範囲量、その他のデータが存在する。
このドライバ操作データは、生成するドライバモデルを使用して推定する運転行動(特徴量xの推定値)となる場合が多い。このため、生成するドライバモデルの数に応じた数のドライバ操作データが取得される。例えば、アクセルペダル操作用のドライバモデルと、ブレーキ操作用のドライバモデルを作成する場合には、アクセルペダル操作量とブレーキペダル操作量が取得される。
また、アクセル操作とブレーキ操作共通のドライバモデルが生成される場合にも両者が取得される。
As shown in FIG. 4B, the driver operation data includes a steering wheel operation amount, an accelerator pedal operation amount, a brake pedal operation amount, an inter-vehicle distance maintenance range amount, and other data.
This driver operation data is often driving behavior (estimated value of feature amount x) estimated using a generated driver model. Therefore, the number of driver operation data corresponding to the number of driver models to be generated is acquired. For example, when the driver model for operating the accelerator pedal and the driver model for operating the brake are created, the accelerator pedal operation amount and the brake pedal operation amount are acquired.
Both are also acquired when a driver model common to the accelerator operation and the brake operation is generated.
走行データ取得部102で取得する走行データは、予め測定し保存された走行データを一括して取得するようにしてもよく、また、実際にドライバが運転している間に所定のサンプリング時間毎に検出したデータを順次取得するようにしてもよい。
The travel data acquired by the travel
同時確率密度分布計算部103(図3)は、取得した走行データを学習データとして、ガウス混合モデルにおける同時確率密度分布を計算する。
この同時確率密度分布計算部103による計算の結果得られる、同時確率密度関数パラメータ{λi,→μi,Σi}を、運転者情報取得部101で取得した運転者IDに関連付けて同時確率密度関数パラメータ記憶部104に格納する。
なお、格納する同時確率密度関数パラメータは、誰の(運転者ID)、何に対する(推定する運転行動)ドライバモデルかを区別可能に格納される。
The joint probability density distribution calculation unit 103 (FIG. 3) calculates the joint probability density distribution in the Gaussian mixture model using the acquired traveling data as learning data.
The simultaneous probability density function parameter {λi, → μi, Σi} obtained as a result of the calculation by the simultaneous probability density
Note that the stored joint probability density function parameter is stored so as to be able to distinguish which (driver ID) and what (estimated driving behavior) driver model.
図5は、このように構成されたドライバモデル生成部10によるドライバモデル生成処理を表したフローチャートである。
運転者情報取得部101で運転者情報を取得し(ステップ10)、走行データ取得部102で走行データを一括して又は順次取得する(ステップ11)。
なお、ステップ10とステップ11の順序は逆であっても、並列であってもよい。
FIG. 5 is a flowchart showing driver model generation processing by the driver
The driver
Note that the order of
次に、同時確率密度分布計算部103において、取得した走行データを学習データとして同時確率密度分布を計算し(ステップ12)、同時確率密度関数パラメータをドライバモデルとして運転者情報に関連付けて同時確率密度関数パラメータ記憶部104に格納し(ステップ13)、処理を終了する。
Next, the joint probability density
図3において、運転行動推定部11は、運転者情報取得部111、走行データ取得部112、ドライバモデル選択部113、最大事後確率計算部114、及び特徴量xの推定値出力部115を備えている。
In FIG. 3, the driving
運転者情報取得部111は、ドライバモデルの対象を特定するための運転者IDを取得する。
この運転者情報は、主として操作者(ドライバ本人又は他の操作者)の入力によって取得される。
なお、ドライバ(運転者)の体重や身長その他運転者を特定することが可能な情報を、運転者情報とし、これを運転者IDと関連付けて保存しておき、運転者情報を取得することで運転者IDを特定するようにしてもよい。
The driver
This driver information is acquired mainly by the input of the operator (driver himself or other operator).
The driver's (driver's) weight, height, and other information that can specify the driver are used as driver information, stored in association with the driver ID, and the driver information is acquired. The driver ID may be specified.
走行データ取得部112は、使用するドライバモデルをドライバモデル生成部10で生成する際に使用した走行データ(N種類の特徴量)のうち、該ドライバモデルで推定する運転行動(特徴量x)を除いた走行データ(N−1種類の特徴量)が取得される。
The driving
ドライバモデル選択部113は、運転者情報取得部111で取得した運転者ID、及び走行データ取得部112で取得した走行データに基づいて、同時確率密度関数パラメータ記憶部104から適用するドライバモデル(同時確率密度関数パラメータ)を選択する。
Based on the driver ID acquired by the driver
最大事後確率計算部114は、走行データ取得部112で取得した走行データを、ドライバモデル選択部113で選択したドライバモデルに適用し、上記式(1)、(2)等を使用して最大事後確率を計算する。
The maximum posterior
特徴量xの推定値出力部115は、最大事後確率計算部114で計算した値を、特徴量xの推定値として出力する。
The estimated
図6は、生成したドライバモデルを使用して特定の運転行動を推定する処理を表したフローチャートである。
まず、運転者情報取得部111で運転者情報を取得する(ステップ20)。
そして、走行データ取得部112において、現時点(時刻t)における走行データを取得する(ステップ21)。ここで取得する走行データは、特徴量xを除いたN−1種類の走行データである。
なお、ステップ20とステップ21の順序は逆であっても、並行して処理するようにしてもよい。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of estimating a specific driving action using the generated driver model.
First, driver information is acquired by the driver information acquisition unit 111 (step 20).
Then, the travel
Note that the order of
そして、運転者情報及び走行データに従って、同時確率密度関数パラメータ記憶部104から対応する同時確率密度関数パラメータ(ドライバモデル)を選択し読み込む(ステップ22)。
なお、ドライバモデルを選択するために、走行データを使用せずに、運転者情報からドライバモデルを選択するようにしてもよい。この場合には、走行データの取得前にドライバモデルを選択するようにしてもよい。
また、運転行動推定装置が適用される装置、例えば、後述する自動追随運転装置(ACC装置)によっては、予めドライバモデルが選択されている場合があり、その場合には、ステップ20とステップ22は必要に応じて省略可能である。
Then, according to the driver information and the driving data, the corresponding simultaneous probability density function
In addition, in order to select a driver model, you may make it select a driver model from driver | operator information, without using driving | running | working data. In this case, you may make it select a driver model before acquisition of driving | running | working data.
In addition, depending on the device to which the driving behavior estimation device is applied, for example, an automatic following driving device (ACC device) described later, a driver model may be selected in advance. It can be omitted if necessary.
次に、最大事後確率計算部114において、取得した走行データを選択したドライバモデルに適用して最大事後確率を計算する(ステップ23)。
最大事後確率の計算については、推定する運転行動(特徴量x)がアクセル操作量であれば上記式(1)により、ブレーキ操作量であれば式(2)による。
Next, the maximum posterior
Regarding the calculation of the maximum posterior probability, if the driving action (feature amount x) to be estimated is the accelerator operation amount, the above equation (1) is used, and if the brake operation amount is the brake operation amount, the equation (2) is used.
そして、計算された最大事後確率計算部114における計算結果を、特徴量xの推定値出力部115から、そのドライバモデルによる時刻tにおける特徴量xの推定値として出力し(ステップ24)、メインルーチンにリターンする。
Then, the calculated calculation result in the maximum posterior
(3)運転支援装置
次に、以上説明した運転行動推定装置を使用した応用例である運転支援装置について説明する。
この運転支援装置は、前方車両に追随して自動追随運転(ACC)を行う装置である。
この運転支援装置では、ACC動作時の車間距離、アクセル操作、ブレーキ操作を、運転中のドライバの走行データから生成したドライバモデルを使用して自動操作することで、ドライバが自分で運転している走行感覚に近いACCを行うものであり、ドライバの違和感が解消される。
(3) Driving Support Device Next, a driving support device that is an application example using the driving behavior estimation device described above will be described.
This driving assistance device is a device that performs automatic following driving (ACC) following a vehicle ahead.
In this driving support device, the driver is driving himself by automatically operating the inter-vehicle distance, the accelerator operation, and the brake operation during the ACC operation using the driver model generated from the driving data of the driving driver. ACC that is close to the driving sensation is performed, and the driver's uncomfortable feeling is eliminated.
(4)運転支援装置の概要
ドライバが運転を行う際にはそれぞれ癖がある。従来のACC動作では、単純に車速や車間距離を一定値に保つように自動走行するため、車速時、車間距離や前方車両との距離を調節する際のアクセル・ブレーキの使い方が自分(ドライバ)の癖とは異なる為、違和感を覚えるなどの問題がある。
(4) Overview of the driving support device Each driver has a habit when driving. In the conventional ACC operation, the vehicle automatically runs to keep the vehicle speed and distance between vehicles at a constant value. Therefore, the driver can use the accelerator and brake when adjusting the distance between the vehicle and the vehicle ahead. Because it is different from 癖, there are problems such as feeling uncomfortable.
本実施形態の運転支援装置では、ACCが動作可能な状態におけるドライバの実際の運転操作から走行データを学習データとしてドライバモデルを予め生成しておく。これにより、生成されたドライバモデルには、車速と車間距離の関係や、距離調節をする際のアクセルやブレーキの操作量等の、そのドライバの運転操作の癖が反映されることになる。 In the driving support device of the present embodiment, a driver model is generated in advance using the driving data as learning data from the actual driving operation of the driver in a state where the ACC is operable. As a result, the generated driver model reflects the driver's driving habits, such as the relationship between the vehicle speed and the inter-vehicle distance, and the amount of operation of the accelerator and brake when adjusting the distance.
すなわち、ドライバの普段の運転からドライバの車間維持操作に関わる癖をドライバモデルとして学習し保存しておく。
生成するドライバモデルは、自車データ(アクセル操作量、ブレーキ操作量、車速、…)、前方車両データ(車間距離、相対速度、車種、…)、道路環境データ(周囲の明るさ、見通し、トンネル、降雨量、路面μ、車線幅、道路の混み具合、その他)、の3つの情報を相関させて生成する。
That is, the driver's normal driving is learned and stored as a driver model from the driver's normal driving operation.
The driver model to be generated includes own vehicle data (accelerator operation amount, brake operation amount, vehicle speed,…), forward vehicle data (inter-vehicle distance, relative speed, vehicle type,…), road environment data (ambient brightness, line of sight, tunnel) , Rainfall amount, road surface μ, lane width, road congestion, etc.) and the like.
道路環境データには周辺の地理的な情報のほかに、周囲の明るさや天候、路面状況、道路の混み具合などのTPOで変化する情報が含まれる。
これらは、時計(時刻)や前照灯スイッチ、ワイパースイッチなどから周囲の暗さ、降雨状況を推定する。
また、照度計や降雨センサ、さらに路面μ検知センサ、車線認識装置、周囲の混み具合を観察する各種センサ、画像認識装置などを搭載し、前方車両の車種など周囲の情報を積極的に取得しても良いし、天気予報やVICS情報などをネットワーク上から取得しても良い。
In addition to the geographical information of the surroundings, the road environment data includes information that changes with TPO, such as ambient brightness, weather, road surface conditions, and road congestion.
These estimate the darkness of the surroundings and the rainfall situation from a clock (time), a headlight switch, a wiper switch and the like.
Also equipped with illuminance meter, rain sensor, road surface μ detection sensor, lane recognition device, various sensors for observing surrounding congestion, image recognition device, etc., and actively acquiring surrounding information such as the type of vehicle ahead Alternatively, weather forecasts, VICS information, and the like may be acquired from the network.
そして、ACCが実行されると(自動追随運転中)、通常のACCと同様に前方車両との車間距離を監視、維持をすることで、ドライバは、アクセル操作から解放される。
すなわち、ACCの実行中において、現在の道路環境情報を収集し、予め作成したドライバモデルを使用してアクセル操作量、ブレーキ操作量等を推定する。
この推定値を元に、車間距離維持範囲推定量に沿い車間距離調整を行い、アクセル操作推定量、ブレーキ操作推定量に沿ってエンジンスロットル、ブレーキを制御することで、車両の自動追随走行を行う。
When ACC is executed (during automatic following operation), the driver is released from the accelerator operation by monitoring and maintaining the inter-vehicle distance from the preceding vehicle in the same manner as in normal ACC.
That is, during execution of ACC, current road environment information is collected, and an accelerator operation amount, a brake operation amount, and the like are estimated using a driver model created in advance.
Based on this estimated value, the vehicle distance is adjusted along the estimated distance maintenance range, and the engine throttle and brake are controlled according to the estimated accelerator operation amount and the estimated brake operation amount to automatically follow the vehicle. .
ここで、車間距離維持範囲推定量とは、ドライバが現状に似たシーンにおいて普段前方車両との間に維持している車間距離から算出され、これにより、ドライバが好むそのシーンでの車間距離の範囲が反映される。
アクセル操作推定量とは、普段ドライバが現状に似たシーンにおいて車間距離を調整する際に行うアクセル操作から算出され、これにより、ドライバが好むそのシーンでの前方車両との距離が開いた際の距離を詰める操作のやり方(すぐに追いつく、ゆっくり追いつくetc)が反映される。
ブレーキ操作推定量とは、普段ドライバが現状に似たシーンにおいて車間距離を調整する際に行うブレーキ操作から算出され、これにより、ドライバが好むそのシーンでの前方車両との距離が縮んだ際の距離を空ける操作のやり方(すぐに空ける、ゆっくり空けるetc)が反映される。
Here, the inter-vehicle distance maintenance range estimator is calculated from the inter-vehicle distance that the driver normally maintains with the forward vehicle in a scene similar to the current situation, and thus the inter-vehicle distance in the scene that the driver prefers. The range is reflected.
The estimated accelerator operation amount is calculated from the accelerator operation that is usually performed when the driver adjusts the inter-vehicle distance in a scene that is similar to the current situation, so that the driver prefers the distance to the vehicle ahead in that scene. The manner of operation to close the distance (catch up quickly, catch up slowly, etc.) is reflected.
The estimated brake operation amount is calculated from the brake operation that is usually performed when the driver adjusts the inter-vehicle distance in a scene similar to the current situation, and this reduces the distance that the driver prefers to the vehicle ahead in that scene. The way of operating to increase the distance (vacating immediately, slowly releasing etc) is reflected.
このように、ドライバの癖を再現する操作で車間距離維持を行い、ドライバが感じる違和感を低減することができる。
また、周囲の明るさや天候、路面状況などの外的要因に対しても変化する車間距離のとり方の癖をも再現し、よりドライバの感性に近づいたシステムとすることができる。
As described above, the distance between the vehicles can be maintained by the operation of reproducing the driver's eyelids, and the uncomfortable feeling felt by the driver can be reduced.
In addition, the system can be made closer to the driver's sensibility by reproducing the habit of changing the inter-vehicle distance in response to external factors such as ambient brightness, weather, and road surface conditions.
(5)運転行動推定装置の詳細。
図7は、運転行動推定装置を適用した運転支援装置の構成を表したものである。
運転支援装置は、走行データ取得部12、アクセル部13、ブレーキ部14、ECU(電子制御装置)15、ACCスイッチ16、ナビゲーション装置17を備えている。
なお、図7により説明する運転支援装置の構成については、その全てが必要ということではなく、自動追随走行を行う為に使用可能な各部や装置について説明するものであり、採用する運転支援装置の機能等に応じて適宜選択して運転支援装置を構成することが可能である。
(5) Details of the driving behavior estimation device.
FIG. 7 illustrates a configuration of a driving support device to which the driving behavior estimation device is applied.
The driving support device includes a travel
In addition, about the structure of the driving assistance apparatus demonstrated by FIG. 7, not all are required, but it demonstrates each part and apparatus which can be used in order to perform an automatic following driving | running | working, It is possible to configure the driving support device by appropriately selecting according to the function or the like.
走行データ取得部12は、自車両の車速を検出する車速センサ120と、前方車両との車間距離を検出する車間距離センサ121と、車両の前方を撮像する撮像装置122と、GPS+車車間通信測距部123と、道路環境情報収集部124を備えている。
GPS+車車間通信測距部123は、GPS装置で自車両の位置(緯度、経度)を特定すると共に、前方車両との車車間通信により前方車両の座標値(緯度、経度)を受信することで、両車両間の車間距離を算出する。
道路環境情報収集部124は、前照灯スイッチ、ワイパースイッチ、路面μ検知センサ、車線認識装置、VICS、車両周辺監視センサ、その他の装置、各部から道路環境情報を収集する。
The travel
The GPS + inter-vehicle communication
The road environment
アクセル部13は、アクセルペダル131、アクセルペダル位置センサ132、エンジンスロットル制御装置133を備えている。
ブレーキ部14は、ブレーキペダル141、ブレーキペダル位置センサ142、ブレーキ制御装置143、ブレーキランプ144を備えている。
The
The
ECU15は、前方車両認識・追跡部151、ACC可否判断部152、ドライバモデル生成部153、ACC処理部154を備えている。
ACC処理部154は、車間距離監視・維持部154a、アクセル操作部154b、ブレーキ操作部154c、運転行動推定部154dを備えている。
運転行動推定部154dでは、車間距離維持範囲、アクセル操作、ブレーキ操作の各推定値が算出される。
ECU15は、CPU、ROM、RAM、インターフェイスの各部を備えたコンピュータシステムで構成されている。
The
The
The driving
The
ACCスイッチ16は、ACC走行を実行するか否かをドライバが選択するスイッチである。
このACCスイッチ16がオフの場合に、ドライバモデルが生成される。
またACCスイッチ16がオンの場合に、生成したドライバモデルを使用して運転操作量が推定され、推定量に応じた自動追随走行が行われる。
The
When the
Further, when the
ナビゲーション装置17は、現在位置検出部171、地図情報172等を備えている。
なお、現在位置検出部171は、GPS受信装置等により車両の現在位置(緯度、経度)を検出し、走行データ取得部12のGPSとして機能するようになっている。
The
The current
このように構成された運転支援装置における動作について次に説明する。
図8は、ACC用ドライバモデルの自動生成処理について表したものである。
まず、ECU15は、ACCスイッチ16がオフか否か判断する(ステップ31)。
ACCスイッチ16がオン(すなわち、31;N)であれば、ドライバによりACC走行が要求されているので、ドライバモデルの生成は行わず、ACCスイッチ16がオフになるのを監視する。
Next, the operation of the driving support apparatus configured as described above will be described.
FIG. 8 shows an automatic generation process of the ACC driver model.
First, the
If the
一方、ACCスイッチ16がオフである場合(ステップ31;Y)、ECU15は、前方車両が認識可能か否か判断する(ステップ32)。
前方車両の認識は、前方車両認識・追跡部151において認識可能であり、かつ、車間距離センサ121で前方車両との距離が検出されている場合に、認識可能であると判断される。前方車両認識・追跡部151における、前方車両の認識、追跡は、撮像装置122で撮像した車両前方の撮像画像で行われる。
On the other hand, when the
The forward vehicle can be recognized by the forward vehicle recognition /
前方車両を認識できない場合(ステップ32;N)、車間距離データが得られず、ACC用のドライバモデルを生成できないので、ステップ31に戻る。
一方、前方車両を認識できる場合(ステップ32;Y)、次いで、ECU15は、ACC動作可能なシーンか否かをナビゲーション装置17の地図情報から判断する。例えば、高速道路や首都高速を走行中である場合、有料道路やバイパス道路で所定距離の間合流車線がない道路を走行している場合には、ACC動作可能な道路を走行中であると判断される。
If the preceding vehicle cannot be recognized (
On the other hand, when the vehicle ahead can be recognized (
ECU15は、ACC動作可能なシーンでない場合(ステップ33;N)ステップ31に戻って処理を繰り返す。
一方、ACC動作可能なシーンであれば(ステップ33;Y)、ECU15は、図5で説明したドライバモデル生成処理を実行し(ステップ34)、処理を終了する。
このドライバモデル生成処理では、車間距離維持範囲用のドライバモデル、アクセル操作用のドライバモデル、ブレーキ操作用のドライバモデルが生成される。
If the scene is not capable of ACC operation (
On the other hand, if the scene is capable of ACC operation (
In this driver model generation process, a driver model for the inter-vehicle distance maintenance range, a driver model for accelerator operation, and a driver model for brake operation are generated.
このように、本実施形態の運転支援装置では、ACCスイッチ16がオンされていれば実際にACC走行が実行される環境における実際の運転状態に基づいて自動的にドライバモデルが生成されるため、生成された各ドライバモデルには、車速と車間距離の関係や、距離調節をする際のアクセルやブレーキの操作量等の、そのドライバの運転操作の癖が反映されることになる。
As described above, in the driving support device of the present embodiment, if the
以上のようにして生成した各ドライバモデルを使用して実際にACC走行を実行する場合の動作について次に説明する。
図9はACC処理の動作を表したフローチャートである。
ECU15は、ACCスイッチ16がオンされたか否かを監視している(ステップ41)。
ACCスイッチ16のオンが検出されると(ステップ41;Y)、ECU15は、道路環境情報を収集する(ステップ42)。ここでECU15が収集する道路環境情報は、ドライバモデル生成処理(ステップ34)で使用した走行データのうち、推定する操作量(アクセル操作量、ブレーキ操作量、及び車間距離維持範囲推定量)を除いた走行データである。
Next, the operation when the ACC traveling is actually executed using each driver model generated as described above will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the ACC process.
The
When it is detected that the
次にECU15は、前方車両認識・追跡部151において、追随すべき前方車両を認識できるか否かを判断する(ステップ43)。
前方車両を認識できない場合(ステップ43;N)には、自動追随走行を維持することができないのでACCスイッチ16をオフにすると共に、その旨をドライバに音声や画像により通知し(ステップ44)、処理を終了する。
Next, the
If the vehicle ahead cannot be recognized (step 43; N), the automatic follow-up running cannot be maintained, so the
一方、前方車両を認識可能であれば(ステップ43;Y)、ECU15は、図6で説明した運転行動推定処理を実行し(ステップ45)、車間距離維持範囲推定量、アクセル操作推定量、ブレーキ操作推定量を算出する。
そして、現在の車間距離について判断し(ステップ46)、車間距離調整範囲内であれば、ECU15は、現状のアクセル開度を維持する(ステップ37)。
一方、車間距離が車間距離調整範囲以下であれば、ECU15は、ブレーキ操作用ドライバモデルで推定したブレーキの推定値に従って、ブレーキ制御装置143を制御する(ステップ48)。
また、車間距離が車間距離調整範囲以上であれば、ECU15は、アクセル操作用ドライバモデルで推定したアクセルの推定値にしたがって、エンジンスロットル制御装置133を制御する(ステップ49)。
On the other hand, if the preceding vehicle can be recognized (step 43; Y), the
Then, the current inter-vehicle distance is determined (step 46), and if it is within the inter-vehicle distance adjustment range, the
On the other hand, if the inter-vehicle distance is equal to or smaller than the inter-vehicle distance adjustment range, the
If the inter-vehicle distance is equal to or greater than the inter-vehicle distance adjustment range, the
ついでECU15は、ACCスイッチ16がオフされたか否かを判断し(ステップ50)、オフされていなければ(ステップ50;N)、ステップ42に戻り、ACC駆動を継続し、オフされていれば(ステップ50;Y)処理を終了する。
Next, the
このように本実施形態の運転支援装置によれば、車速と車間距離の関係や、距離調節をする際のアクセルやブレーキの操作量等の、そのドライバの運転操作の癖が反映されたドライバモデルが生成され、このドライバモデルにより推定したアクセル操作量、ブレーキ操作量、車間距離調整範囲に基づいてアクセル(エンジンスロットル)やブレーキが操作されるので、ドライバの走行感覚に近いACCが実現される。 As described above, according to the driving support device of the present embodiment, the driver model reflecting the driver's driving habits, such as the relationship between the vehicle speed and the inter-vehicle distance, and the amount of operation of the accelerator and brake when adjusting the distance. Is generated, and the accelerator (engine throttle) and the brake are operated based on the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the inter-vehicle distance adjustment range estimated by the driver model.
(6)車両評価システム
次に、説明した運転行動推定装置を使用した第2の応用例である車両評価システムについて説明する。
この車両評価システムは、各種車両性能や走行条件において、プロドライバや一般ドライバ等の複数のドライバが実際に走行した際の走行データに基づいてドライバモデルを生成する。
そして、この車両評価システムでは、実際に車両を運転することで車両の性能評価をするのではなく、ドライブシミュレータを使用して展開される仮想走路を、生成したドライバモデルの推定値(ハンドル操作量、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量等)を使用して操作させることで、車両の加速性能、減速性能、操舵性能、安定走行性能等の各種項目を評価するものである。
(6) Vehicle Evaluation System Next, a vehicle evaluation system that is a second application example using the driving behavior estimation apparatus described above will be described.
This vehicle evaluation system generates a driver model based on travel data when a plurality of drivers such as professional drivers and general drivers actually travel in various vehicle performances and travel conditions.
In this vehicle evaluation system, instead of evaluating the performance of the vehicle by actually driving the vehicle, the estimated value of the generated driver model (the amount of steering wheel operation) The operation amount of the accelerator pedal, the operation amount of the brake pedal, etc.) is used to evaluate various items such as the acceleration performance, deceleration performance, steering performance, and stable running performance of the vehicle.
(7)車両評価システムの詳細
図10は、車両評価システムの概要を表したものである。
この図10に示されるように車両評価システムは、ドライバのペダル操作量を推定するためのGMMに基づくドライバモデル19、推定したペダルの操作量に基づいて自車の加車速a(t)を算出する車両ダイナミクス計算部20、そして自車の加車速a(t)と先行車両の位置を用いて車速v(t)と車間距離F(t)を更新する走行環境更新部21、車速v(t)と車間距離F(t)の1次、2次変化量(動的特徴量)を計算する動的特徴量計算部22を備えている。
(7) Details of Vehicle Evaluation System FIG. 10 shows an outline of the vehicle evaluation system.
As shown in FIG. 10, the vehicle evaluation system calculates the
ドライバモデル19は、実走行やドライブシミュレータ等を使用して測定した走行データを使用し、プロドライバや、一般ドライバ等の、評価対象となる車両に対するターゲットユーザの母集団と見なせるドライバ(例えば、100例)の走行データから、複数のドライバモデルが作成される。
ドライバモデルとしては、アクセル用のドライバモデル192と、ブレーキ用のドライバモデル193が生成され、そのいずれかを適用するかについて適用判定部191で判定され選択される。
なお、アクセル用のドライバモデル192及びブレーキ用のドライバモデル193以外に、ドライバのハンドル操舵量を推定するためのハンドル用のドライバモデルを生成しておき、適用判定部191で、ハンドル用のドライバモデルも選択できるようにしてもよい。
The
As a driver model, an
In addition to the
ドライバモデル19には、運転行動推定装置が適用され、車速や車間距離といった特徴量及び動的特徴量を受け取り、ドライバが操作するであろうアクセルペダルとブレーキペダルの値を指定する部分である。このドライバモデル19では、運転行動推定装置で説明したように、ドライバは現在の車速、車間距離、及びそれらの1次、2次の動的特徴量に基づいてアクセルペダルとブレーキペダルの操作量を決めているとの仮定に基づいている。
The
車両ダイナミクス計算部20では、ある時刻tにおけるアクセルペダル操作量G(t)とブレーキペダル操作量B(t)、及び、一つ前の時刻の車速V(t−1)から、車両モデル(評価対象となる車両に関する車両重量、エンジン性能、ブレーキ性能、ギア比等の車両性能データ)を用いて、加車速を算出する。
車両モデルには、学習データの収録に用いたドライビングシミュレータの内部のモデルを参考にMATLAB(FORTRANを基に、マトリクス演算を強力に扱えるようにしたコンピュータ言語)で実装した。
この車両モデルでは、ギア比や車重、道路の摩擦係数などを考慮して、車両の加車速を計算している。
The vehicle
The vehicle model was implemented in MATLAB (a computer language that can handle matrix operations powerfully based on FORTRAN) with reference to the internal model of the driving simulator used for recording learning data.
In this vehicle model, the acceleration speed of the vehicle is calculated in consideration of the gear ratio, vehicle weight, road friction coefficient, and the like.
走行環境更新部21では、車両ダイナミクス計算部20から入力された時刻tにおける加車速a(t)を用いて、次の時刻(t+1)の車速V(t+1)、車間距離F(t+1)を計算し、更新する。
次の時刻(t+1)における車速と車間距離は、
V(t+1)=V(t)+a(t)×T
F(t+1)=Df(t+1)−(Dm(t)+V(t+1)×T)
によって計算される。
ただし、a(t)は車両ダイナミクス計算部20から出力された加車速、Df(t)は時刻tまでの前方車両の走行距離を示し、Dm(t)は時刻tまでの自車両の走行距離を示す。
また、Tはシステムの更新時間(サンプリング周期)であり、本実施形態ではT=0.1秒とした。
The travel
The vehicle speed and inter-vehicle distance at the next time (t + 1)
V (t + 1) = V (t) + a (t) × T
F (t + 1) = Df (t + 1) − (Dm (t) + V (t + 1) × T)
Calculated by
However, a (t) represents the acceleration speed output from the vehicle
T is the system update time (sampling period), and in this embodiment, T = 0.1 seconds.
また、車間距離を計算するために、先行車の各時刻における走行距離を持っており、その先行車の時刻tにおける走行距離と自車の走行距離の差を求めることによって車間距離を算出している。 In order to calculate the inter-vehicle distance, the preceding vehicle has a traveling distance at each time, and the inter-vehicle distance is calculated by obtaining the difference between the traveling distance of the preceding vehicle at the time t and the traveling distance of the own vehicle. Yes.
図11は、運転行動推定装置の構成を表したものである。
図11に示されるように、運転行動推定装置は、評価に使用するデータと、評価の実行部と、評価結果データとから構成される。
使用データとしては、車両性能データ25、評価用ドライバモデル26、シミュレーション実行用データ27、走路モデル28が使用され、評価結果データとして走行評価データ36が出力及び記憶される。
評価の実行部としては、道路データ展開部29、走行環境展開部30、運転行動推定部31、車両ダイナミクス計算部32、シミュレーション走行処理部34、走行性能評価部35を備え、これらはCPU、ROM、RAM等からなるコンピュータシステムにより構成される。
FIG. 11 shows the configuration of the driving behavior estimation device.
As illustrated in FIG. 11, the driving behavior estimation device includes data used for evaluation, an evaluation execution unit, and evaluation result data.
As the usage data,
The evaluation execution unit includes a road
車両性能データ25は、評価対象となる車両の性能データであり、図12(a)に示されるように、車両重量、エンジン性能、ブレーキ性能、ギア比、サスペンションバネ定数等の各データで構成される。
評価用ドライバモデル26は、上述した運転行動推定装置で生成した各ドライバモデルが使用される。
シミュレーション実行用データ27は、図12(b)に示されるように、仮想空間上に展開される走行状況データであり、車速、車間距離、天候、渋滞の有無などから構成される。この走行状況データは、時系列のデータとして、時間t=t1,t2,t3…毎のデータが使用される。
走路モデル28は、図12(c)に示されるように、仮想空間上に展開されるテスト走行道路に関するデータである。
The
As the driver model for
As shown in FIG. 12B, the
The running
評価実行部と、図10で説明した運転行動推定装置とを対比すると、運転行動推定部31がドライバモデル19に相当し、車両ダイナミクス計算部32が車両ダイナミクス計算部20に相当し、シミュレーション走行処理部34及び走行環境展開部30が走行環境更新部21及び動的特徴量計算部22に相当する。
When the evaluation execution unit is compared with the driving behavior estimation device described with reference to FIG. 10, the driving
次にこのように構成された車両評価システムにおける車両の設計評価処理について説明する。
図13は、設計評価処理の動作を表したフローチャートである。
車両性能データ25から車両ダイナミクス計算部32に入力し(ステップ61)、車両ダイナミクスモデルをシミュレーション空間に展開する(ステップ62)。
ついで、走路モデル28を道路データ展開部29に入力し(ステップ63)、シミュレーション実行用データ27を走行環境展開部30に入力する(ステップ64)ことで、シミュレーション実行環境をシミュレーション空間に展開する(ステップ65)。
そして、評価用ドライバモデル26を運転行動推定部31に入力し、シミュレーション走行の実行をt=0から開始する(ステップ67)。
Next, a vehicle design evaluation process in the vehicle evaluation system configured as described above will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the design evaluation process.
The
Next, the
Then, the
ついで、運転行動推定部31において、時刻tにおける走行環境データ(走行データ)からドライバ行動推定値(アクセルペダル操作量G(t)とブレーキペダル操作量B(t))を計算する(ステップ68)。
Next, the driving
そして車両ダイナミクス計算部32において、時刻tにおけるアクセルペダル操作量G(t)とブレーキペダル操作量B(t)、及び、一つ前の時刻の車速V(t−1)から、ギア比や車重、道路の摩擦係数などの車両性能データ25を用いて、加車速a(t)等の車両走行推定データ33を計算する(ステップ69)。
計算する車両走行推定データ33は、加車速a(t)の他、図12(d)に示されるように、自車速度、車間距離、重心位置、タイヤ角、ヨーレート、ピッチレート等である。
Then, in the vehicle
In addition to the acceleration speed a (t), the vehicle
そして、シミュレーション走行処理部34において、車両ダイナミクス計算部32で計算された時刻tにおける車両走行推定データ33を用いて、次の時刻(t+1)の車速V(t+1)、車間距離F(t+1)を計算し、更新する(ステップ70)。
また、t=t+1の車両走行推定データ33をシミュレーション走行処理部34で計算する(ステップ71)。
Then, the simulation
Further, the vehicle
そして、走行環境展開部30で、車両走行推定データ33よりt=t+1のシミュレーション実行環境を更新し(ステップ72)、走行性能評価部35で、道路データに対する走行軌跡を計算・記憶(ステップ73)する。
Then, the travel
そして、シミュレーション実行用データ27の時刻tnまでの全データについてのシミュレーション走行処理が終了したか否かを判定し(ステップ74)、終了していなければ(ステップ74;N)ステップ68に戻って、ドライバモデルを使用したシミュレーションを継続する。
Then, it is determined whether or not the simulation running process for all data up to time tn of the
時刻tnまでの処理が終了している場合(ステップ74;Y)、走行性能評価部35から走行評価データを出力して処理を終了する(ステップ75)。
走行性能評価部35から出力される走行評価データとしては、図12(e)に示されるように、加速性能としてアクセル開度に対する加速曲線、減速性能としてブレーキ操作量に対する減速曲線、操舵性能としてハンドル操作量に対する走行曲線、安定性走行性能として道路方向に対する走行軌跡、などが出力される。
If the processing up to time tn has been completed (step 74; Y), traveling evaluation data is output from the traveling
As shown in FIG. 12E, the travel evaluation data output from the travel
(8)シミュレーション実験
(8−1)GMMによるドライバモデルの学習
GMMの学習のためにドライビングシミュレータを用いて運転データを収録した。
コースは直線で、学習データにバリエーションを持たせるために全ての車速が出現するように先行車の挙動データを採用した。
また、走行は10分間を二回行い、二回分を学習データとした。
(8) Simulation Experiment (8-1) Driver Model Learning with GMM Driving data was recorded using a driving simulator for GMM learning.
The course is a straight line, and the behavior data of the preceding vehicle is adopted so that all the vehicle speeds appear in order to give variation to the learning data.
The running was performed twice for 10 minutes, and the twice was used as learning data.
図14(a)に先行車の挙動を示し、図14(b)に収録した運転データを示す。
先行車の挙動のバリエーションを考慮したため、全ての車速が出現していることがわかる。アクセルペダル操作とブレーキペダル操作のそれぞれのモデルは、全角共分散行列を持つ16混合の多次元混合正規分布(GMM)として学習した。
FIG. 14A shows the behavior of the preceding vehicle, and FIG. 14B shows the driving data recorded.
It can be seen that all vehicle speeds appear because variations in the behavior of the preceding vehicle are taken into account. Each model of the accelerator pedal operation and the brake pedal operation was learned as a 16-mix multidimensional mixed normal distribution (GMM) having a full-width covariance matrix.
(8−2)シミュレーション結果と考察
構築した車両評価システムを評価するために、学習データには含まれない先行車の挙動を用意し、収録を行った。
コースは直線で、先行車の挙動は実環境で収録されたものを用いた。図14(c)に評価のために用いた先行車の挙動を示す。
この先行車のデータを用いて、運転行動を生成し、実際の運転データと比較した。
(8-2) Simulation results and discussion In order to evaluate the constructed vehicle evaluation system, the behavior of the preceding vehicle not included in the learning data was prepared and recorded.
The course was a straight line, and the behavior of the preceding vehicle was recorded in a real environment. FIG. 14C shows the behavior of the preceding vehicle used for evaluation.
Using this preceding vehicle data, driving behavior was generated and compared with actual driving data.
シミュレーション条件は以下の通りである。
学習データ;20分(10分2回)
特徴量;V、F、G、ΔV、ΔF、ΔG、ΔΔV、ΔΔF
コース;直線
Δ窓幅;0.8秒
混合数;16
更新時間;0.1秒
The simulation conditions are as follows.
Learning data: 20 minutes (twice 10 minutes)
Feature amount: V, F, G, ΔV, ΔF, ΔG, ΔΔV, ΔΔF
Course; Straight line Δ Window width; 0.8 seconds Number of mixtures; 16
Update time: 0.1 seconds
図15は、以上の条件において本実施形態の車両評価システムを用いたシミュレーション結果を表したものである。
図15は、車速の結果(a)、車間距離の結果(b)、及びアクセルペダルの結果(c)であり、実線がシミュレーション結果であり、破線が実際のデータを示している。
図15に示されるように、例えば、アクセルペダル操作に関して、実際のアクセル操作信号の波形の特徴を良く捉えており、GMMによるモデル化がうまくいっていると考えられる。
FIG. 15 shows a simulation result using the vehicle evaluation system of the present embodiment under the above conditions.
FIG. 15 shows the vehicle speed result (a), the inter-vehicle distance result (b), and the accelerator pedal result (c). The solid line shows the simulation result, and the broken line shows the actual data.
As shown in FIG. 15, for example, regarding the accelerator pedal operation, the characteristics of the waveform of the actual accelerator operation signal are well captured, and it is considered that the modeling by the GMM is successful.
以上、本発明の運転行動推定装置、運転支援装置、車両評価システムにおける実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
例えば、説明した実施形態では、GMMに基づくドライバモデルは学習データから車速や車間距離といった信号と運転行動信号の関係を学習しているため、学習データにない条件(分布の裾)になると、ペダル操作量の推定がうまくいかない。
例えば、追従走行において、100mを越えるような車間距離や1mといった車間距離での走行は、学習データに含まれておらず、このような学習データに含まれないような条件になった場合、推定がうまく行われず、結果として、先行車に離され続けたり、衝突してしまう。
そこで、このような状況を避けるために、車間距離がL1以下(例えば、2m以下)のときはドライバモデルによる推定を行わず、フルブレーキをかけ、車間距離がL2以上(例えば、100m以上)のときはアクセルを全開まで踏み込むように設定してもよい。
As mentioned above, although the embodiment in the driving action estimation device, the driving support device, and the vehicle evaluation system of the present invention has been described, the present invention is not limited to the described embodiment, and various types are included within the scope described in each claim. Deformation can be performed.
For example, in the described embodiment, the driver model based on the GMM learns the relationship between signals such as the vehicle speed and the inter-vehicle distance and the driving action signal from the learning data. Operation amount estimation is not successful.
For example, in follow-up driving, driving at an inter-vehicle distance exceeding 100 m or driving at an inter-vehicle distance of 1 m is not included in the learning data, and is estimated when the conditions are not included in the learning data. Is not performed well, and as a result, it is kept away from the preceding car or collides.
Therefore, in order to avoid such a situation, when the inter-vehicle distance is L1 or less (for example, 2 m or less), the estimation by the driver model is not performed, the full brake is applied, and the inter-vehicle distance is L2 or more (for example, 100 m or more). Sometimes it may be set so that the accelerator is fully depressed.
10 ドライバモデル生成部
101 運転者情報取得部
102 走行データ取得部
103 同時確率密度分布計算部
104 同時確率密度関数パラメータ記憶部
11 運転行動推定部
111 運転者情報取得部
112 走行データ取得部
113 ドライバモデル選択部
114 最大事後確率計算部
115 特徴量xの推定値出力部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記N種類の内の特定の特徴量xを除いた少なくとも1つ以上の特徴量を取得する特徴量取得手段と、
前記取得した特徴量に対する、前記アクセル用のドライバモデル又はブレーキ用のドライバモデルにおける最大事後確率を算出する最大事後確率算出手段と、
前記算出した最大事後確率に基づいて、前記取得した特徴量に対する前記特定の特徴量xの推定値を出力する出力手段と、
を備え、
前記アクセル用のドライバモデルと、ブレーキ用のドライバモデルは、前記N種類の特徴量の時系列データを学習データとし、各データが存在する確率分布として、EMアルゴリズムにより算出されたGMM(ガウス混合モデル)で記述されていることを特徴とする運転行動推定装置。 As a feature quantity detected as the vehicle travels, time-series data of N types of feature quantities is used as learning data, and a driver model for an accelerator that describes a probability distribution in which each data exists in an N-dimensional space , and a driver for a brake Model and
Feature amount acquisition means for acquiring at least one feature amount excluding the specific feature amount x of the N types;
Maximum posterior probability calculating means for calculating a maximum posterior probability in the driver model for accelerator or the driver model for brake for the acquired feature amount;
Output means for outputting an estimated value of the specific feature amount x with respect to the acquired feature amount based on the calculated maximum posterior probability;
With
The driver model for accelerator and the driver model for brake use the time series data of the N types of feature values as learning data, and a GMM (Gaussian mixture model) calculated by an EM algorithm as a probability distribution in which each data exists. ) Is described in (1).
前記出力手段が出力する推定値は次のアクセル操作量であることを特徴とする請求項1記載の運転行動推定装置。 When the specific feature amount x is an accelerator operation amount, the maximum posterior probability calculating means calculates a maximum posterior probability in the driver model for accelerator,
2. The driving behavior estimation device according to claim 1, wherein the estimated value output by the output means is a next accelerator operation amount.
前記出力手段が出力する推定値は次のブレーキ操作量であることを特徴とする請求項1記載の運転行動推定装置。 When the specific feature amount x is a brake operation amount, the maximum posterior probability calculating means calculates a maximum posterior probability in a driver model for braking,
2. The driving behavior estimation apparatus according to claim 1, wherein the estimated value output by the output means is a next brake operation amount.
自車両の車速と車間距離を取得する走行データ取得手段と、
前記取得した走行データに対して前記運転行動推定装置で推定されるアクセル操作量に従って、エンジンスロットル及びブレーキペダルを制御することで前方車両に対する自動追従走行を行う走行制御手段と、
を具備したことを特徴とする運転支援装置。 A driving behavior estimation device according to claim 2 ;
Traveling data acquisition means for acquiring the vehicle speed and the distance between the vehicles,
Travel control means for performing automatic follow-up traveling with respect to the preceding vehicle by controlling the engine throttle and the brake pedal according to the accelerator operation amount estimated by the driving behavior estimation device with respect to the acquired travel data;
A driving support apparatus comprising:
自車両の車速と車間距離を取得する走行データ取得手段と、
前記取得した走行データに対して前記運転行動推定装置で推定されるブレーキ操作量に従って、エンジンスロットル及びブレーキペダルを制御することで前方車両に対する自動追従走行を行う走行制御手段と、
を具備したことを特徴とする運転支援装置。 A driving behavior estimation device according to claim 3 ,
Traveling data acquisition means for acquiring the vehicle speed and the distance between the vehicles,
Travel control means for performing an automatic follow-up traveling with respect to the preceding vehicle by controlling an engine throttle and a brake pedal according to a brake operation amount estimated by the driving behavior estimation device with respect to the acquired travel data;
A driving support apparatus comprising:
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