JP5398615B2

JP5398615B2 - 自動移動制御機能を備えた模擬運転装置及び自動移動制御方法

Info

Publication number: JP5398615B2
Application number: JP2010073139A
Authority: JP
Inventors: 正明大貫; 広明伊藤; 裕毅戸田
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011203663A

Description

本発明は、移動体の自動移動制御機能を備えた模擬運転装置、及び自動移動制御方法に関する。

自動車シミュレータ等の模擬運転装置は、例えば特許文献１に記載の模擬運転装置のように、模擬運転の訓練や診断等を行うために利用されており、実映像や３次元ＣＧ像を表示することができる。

また特許文献２には、操作者が仮想情景内で模擬車両を運転すると、他の車両が周囲環境として移動するようになっている模擬運転装置が開示されている。ここでは、各車両が他車両の運転状況や周囲環境データに基づいて周辺の状況を予測し、次に行動すべき動作を判断する、とされている。

特開平９−３１１６１９号公報特開２００６−２６７９６０号公報

近年の模擬運転装置は、所定の仮想情景内にて仮想車両を、所定の走行ロジックに従って自動制御し又は運転者に手動制御させ、車両の自動走行制御機能や、当該車両に設けたレーダーやセンサー機能のシミュレーション等を行うものとしても利用されている。ここで自動車シミュレータにおいて運転者が運転する車両（以降、自車両と称する）を、シミュレーション内の一般交通状況下で自動制御する場合には、実車両と同様の機能を模擬する必要がある。例えば、交差点での右左折を行う場合は、交差点形状を認識し、自動的にステアリング及び走行速度の調整を行う必要があり、これには複雑な制御ロジックが必要とされ、自動車シミュレータの計算処理能力の負担となる。また、自車両の前方を走行する先行車両との衝突防止のためにはレーダー又はセンサーによる前方間距離測定機能を自車両に付加しなくてはならず、計算処理能力の負担となる。

さらに、自動車シミュレータでは運転者が自車両を運転（手動制御）する場合も当然あり、その場合は運転者によるステアリング、アクセル、ブレーキ等の操作（入力）が、所定の車両運動計算ロジックに従って処理され、自車両の位置、速度、姿勢等が計算される。ここで自車両の制御を手動から自動（或いはその逆）に切替えたい場合、自車両の挙動が切替え時に不連続とならないためには、自動制御時も上記車両運動計算ロジックによる計算が不可欠である。

そこで本発明は、複雑な制御系を作成せずに模擬運転移動体（自車両）の自動制御を実現できる自動移動制御機能を備えた模擬運転装置、及び自動移動制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、自動移動制御機能を備えた模擬運転装置であって、自動制御により仮想情景内を移動する少なくとも２つの移動体の各々の動作を、所定の移動ロジックに従って自動制御する第１自動制御部と、自動制御及び操作者による手動制御のうち、少なくとも自動制御によって前記仮想情景内を移動する模擬運転移動体を自動制御している間は、前記模擬運転移動体が前記少なくとも２つの移動体のうちの１つを目標移動体とし、該目標移動体の移動に追従するように追従制御を行う第２自動制御部と、前記仮想情景、前記模擬運転移動体、及び前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体を表示可能であり、かつ、該目標移動体を非表示とする表示部と、を備え、前記第１自動制御部は、前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体の各々が、前記目標移動体を認識せずに所定の移動ロジックに従って移動するように構成される、模擬運転装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の模擬運転装置において、前記追従制御では、前記模擬運転移動体の移動方向が前記目標移動体内の目標点に向かうように前記模擬運転移動体が制御される、模擬運転装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の模擬運転装置において、前記模擬運転移動体の制御形態を自動制御と手動制御とで切り替える手段をさらに有し、前記手動制御時は、前記目標移動体は前記模擬運転移動体の近傍を移動するように制御される、模擬運転装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、模擬運転装置における移動体の移動制御方法であって、自動制御により仮想情景内を移動する少なくとも２つの移動体の各々の動作を、所定の移動ロジックに従って自動制御するステップと、自動制御及び操作者による手動制御のうち、少なくとも自動制御によって前記仮想情景内を移動する模擬運転移動体を自動制御している間は、前記模擬運転移動体が前記少なくとも２つの移動体のうちの１つを目標移動体とし、該目標移動体の移動に追従するように追従制御を行うステップと、前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体の各々を、該目標移動体以外の移動体の各々が前記目標移動体を認識せずに所定の移動ロジックに従って移動するように制御するステップと、前記仮想情景、前記模擬運転移動体、及び前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体を表示可能とし、かつ、前記目標移動体を非表示とするステップと、を含む移動制御方法を提供する。

本発明によれば、模擬運転移動体の自動制御において該模擬運転移動体を目標移動体に追従させる追従制御を行うことにより、レーダーの模擬等による他の交通車両の認識や、道路形状の認識等のための複雑な認知・判断ロジックを作成せずとも、該模擬運転移動体の好適な自動制御を実現できる。

追従制御において、模擬運転移動体の移動方向が目標車両内の目標点に向かうように制御することにより、複雑なセンサー模擬等を行わなくても模擬運転移動体の好適な自動制御を実現できる。

模擬運転移動体の手動制御時は、目標車両を模擬運転移動体の近傍移動させることにより、自動制御への切替えを円滑に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る模擬運転装置の機能ブロック図である。本発明の基本的考え方を、従来の自動制御と比較しつつ説明する図である。追従制御の詳細を説明する図である。交差点付近での追従制御の好適な例を説明する図である。手動走行制御における目標車両の扱いを説明する図である。自車両を手動走行制御から自動走行制御に切り替える際の処理について説明する図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る模擬運転装置の機能ブロック図を示す。模擬運転装置１０は、仮想情景、自動制御及び操作者による手動制御のうち、少なくとも自動制御によって該仮想情景内を移動する模擬運転移動体、並びに自動制御により仮想情景内を移動する少なくとも２つの他の移動体を表示可能なディスプレイ等の表示部１２と、該少なくとも２つの他の移動体の各々の動作を、所定の移動ロジックに従って自動制御する第１自動制御部１４と、模擬運転移動体を自動制御している間は、模擬運転移動体が少なくとも２つの他の移動体のうちの１つである目標移動体の移動に追従するように追従制御を行う第２自動制御部１６とを備える。本発明では、後述するように、第１自動制御部１４は、少なくとも２つの他の移動体のうち目標移動体以外の移動体の各々が、目標移動体を認識せずに所定のロジックに従って移動するように構成され、さらに表示部１２は、目標移動体を非表示とする。なお模擬運転装置１０は、上記所定の移動ロジックや後述する種々のデータを記憶するデータベース等の記憶部１８をさらに有してもよい。

図２は、本願発明の基本的概念を、自動車シミュレータを例として説明する図である。図２（ａ）は、比較のために従来の自動走行制御の一例を示す図である。図２（ａ）では、４台の仮想車両２０、２２、２４及び２６が、車線２８に沿って同一方向に（図示例では左から右に）走行するように自動走行制御されるものとする。この場合、各車両は各々に予め指定された移動ロジック（後述）に従って自動走行制御される。通常、各車両は他車両の全てを認識して走行制御されるので、例えば車両２６はその前方の車両２４と所定の車間距離ｄ１を維持するように（追突しないように）走行する。

本願発明では、図２（ｂ）に示すように、少なくとも２つの車両（図示例では４つ）のうち、１つの車両（図示例では車両２４）を、該１つの車両以外の車両２０、２２及び２６からは認識させないようにするとともに、画像表示もされない。すなわち、車両２０、２２及び２６にとっては、車両２４は存在しないものとして自動走行制御がなされる。しかし一方で、車両２４は画像表示されないものの、他車両２０、２２及び２６の存在を認識した車両２４の自動走行制御（計算・処理）は行われている。従って図２（ｂ）の状態のままで全車両について自動走行制御を続けると、車両２２と車両２６との車間距離ｄ２が狭くなっていき、上記車間距離ｄ１に近付いていくことになる。

そこで本願発明では、図２（ｃ）に示すように、模擬運転の主対象である自車両（模擬運転移動体）３０の自動走行制御を行うときは、他の車両２０、２２、２４及び２６のように予め用意された移動ロジックに基づいて走行制御されるのではなく、図２（ｂ）にて説明した、他車両から認識されていない（存在を無視された）車両（ここでは車両２４）を目標車両（目標移動体）として、該目標車両の動きに追従するような追従制御によって走行制御される。ここで、自車両３０は、目標車両２４以外の他車両２０、２２及び２６には認識される。従って図２（ｃ）に示すように、自車両３０は、自車両３０のための複雑な移動ロジックを用意して、他車両を認識した自動制御を行わなくとも、上記追従制御を行うだけで、先行する他車両２２に追突しないように他車両２２との間に適当な車間距離ｄ３を維持しつつ走行でき、かつ後続の他車両２６は自車両３０との間に所定の車間距離ｄ１を維持して走行することができる。

なお上述のように目標車両２４は他車両を認識して所定のロジックに従って自動走行制御はされているが、画面表示はされない。従ってシミュレータの画面上には目標車両２４を除く車両（すなわちここでは自車両３０と他車両２０、２２及び２６）が表示され、恰も自車両を含む全車両が各自の移動ロジックに従って自動走行制御されているかのようなシミュレーションを行うことができる。

図３は、車両２４に対する自車両３０の追従制御の詳細を説明する図である。先ず図３（ａ）に示すように、目標車両２４内に目標点３２を設定する。例えば目標点３２は車両２４の重心の位置に設定してもよいが、これに限るものではなく他の位置に設定してもよく、例えば目標車両の左後輪の中心と右後輪の中心とを結ぶ線分の中点に設定してもよい。また、自車両３０内に参照点３４を設定する。参照点３４は、例えば自車両の左前輪の中心と右前輪の中心とを結ぶ線分の中点に設定可能であるが、これに限るものではなく他の位置に設定してもよく、例えば自車両３０の重心３６の位置に設定してもよい。ここで自車両３０の追従制御においては、目標点３２と参照点３４（又は重心３６）との距離が予め設定された追従距離ｄを維持するように自車両３０が自動制御される。なお追従距離ｄは特に限定されるものではないが、例えば１メートルから５メートルの間に設定されることが好ましい。

また図３（ｂ）に示すように、目標車両２４が進行方向を変化（図示例では右折）した場合、自車両３０の移動方向が目標車両２４の目標点３２に向かうように、自車両３０のステアリングが制御（操作）される。また図３（ａ）の場合と同様に、目標点３２と参照点３４（又は重心３６）との距離が予め設定された追従距離ｄを維持するように自車両３０が自動制御される。このような追従制御により、自車両３０は自らの走行ロジックに従って制御されているかのような動作を実現することができる。

なお、上記追従距離を短く設定した場合、自車両３０と目標車両２４とが衝突（干渉）する場合があり得る。従って本発明に係るシミュレータでは、模擬運転移動体（自車両）と目標移動体（目標車両）との衝突・干渉は無効にされる（無視される）。

図４は、上記追従制御の具体例として、自車両３０が自動制御によって交差点（Ｔ字路）を右折する例を説明する図である。なお上述のように、目標車両２４は実際には画面表示されないので破線で示してある。図４のＡ部に示すように、目標車両２４が直進しているときは、目標車両２４に追従している自車両３０は、目標車両２４から所定の追従距離Ｄだけ後方を直進する。ここでＢ部に示すように、目標車両２４が所定のシナリオに従ってＴ字路を右折すると、図３（ｂ）を用いて説明したように、自車両３０のステアリングが目標車両２４の目標点３２に向けて切られ、結果として自車両３０も目標車両２４に追従してＴ字路を右折できる。そしてＣ部に示すように、目標車両２４が再び直進するようになると、目標車両２４に追従している自車両３０は、再び目標車両２４から所定の追従距離だけ後方を直進するようになる。なおこのような追従制御によると、図４の一部を拡大したＤ部に示すように、自車両３０が右左折する際は、自車両３０の走行経路（自車両３０の重心の通過経路）は、目標車両２４の走行経路（目標車両２４の目標点３２の通過経路）３８よりもいくらか内側を通る。

自動車シミュレータ等の模擬運転装置では、模擬運転移動体（自車両）の制御形態を自動走行制御と手動走行制御とで切り替える切替装置等の手段を設けることにより、運転者の操作によって自車両を走行させることもできる。しかし一方で、手動制御から自動制御に切り替えた際に、自車両が目標車両に速やかに追従できるようにし、切り替えを円滑に行う必要がある。従って自車両の手動制御時は、目標車両は自車両の近傍を走行するように制御されることが好ましい。より具体的には、目標車両は、その車幅方向（進行方向に垂直な方向）長さ分、又は一車線分だけ自車両から車幅方向に離れて、自車両の側方又は斜め前方を走行するように制御されることが好ましい。

但し、自車両３０が手動で走行制御されている間は、例えば図５に示すように、自車両３０は自動走行制御に比べて円滑でない運転（蛇行等）となる場合がある。そのような場合には、目標車両２４は常に自車両３０から厳密に一車線分だけ離れた経路を走行するよりも、自車両３０から予め定めた所定距離以上離れないように（具体的には破線４０で示される範囲内に車両全体又は目標点、参照点が位置するように）円滑に走行制御されることが好ましい。なお上記所定距離は、後述する手動走行制御から自動走行制御への切り替えがスムーズに行えるように適宜決定することができる。

図６は、自車両３０を手動走行制御から自動走行制御に切り替える際の処理について説明する図である。上述のように、手動走行制御時は、目標車両２４は自車両３０の近傍を走行している。ここで自車両３０の制御を手動から自動に切り替えた以降は、目標車両２４は所定のロジックに従ってシナリオ上の経路４２を走行するように制御される。ここで図６（ａ）に示すように、自車両３０が目標車両２４の目標点３２に向かうように、自車両３０のステアリングすなわち移動方向が自動的に操作される。次に図６（ａ）の状態からいくらか時間が経過して目標車両２４がしても、図６（ｂ）に示すように、自車両３０のステアリングは図６（ａ）と同様に、常に目標車両２４の目標点３２に向かうように自動的に操作される。図６（ｂ）の状態からさらに時間が経過した図６（ｃ）の状態においても、同様の制御がなされる。このような制御により、自車両３０は図６（ｃ）に示すように、経路４２に滑らかに漸近する経路４４に沿って移動し、手動制御から自動制御（追従制御）に円滑に移行することができる。

上述のように目標車両を含む他車両は、それぞれ所定の走行ロジックに従って走行制御される。該走行ロジックは、行動選択モデル、認知モデル、運転判断モデル及び運転行動モデル等のモデルを含むドライバーモデルと、制御すべき車両の縦方向モデル及び横方向モデル等を含む車両力学モデルとに基づいて構築される。またこれらのモデルは、予め用意されたデータベースに含まれている行動選択データベース、認知データベース、運転判断データベース、運転行動データベース、車両特性データベース及び道路データベース等から適宜選定可能である。各車両の走行制御では、指定された車両ＩＤ、車種及び走行経路と、上記ドライバーモデル及び車両力学モデルとに基づいて、さらに他車両の存在を認識しつつ、制御対象車両の位置、速度及び姿勢が逐次決定される。このようにして該走行ロジックは、複雑な交通状況を認識しつつ対象車両の走行を自動的に制御することができる。また上記表示部は、この結果を逐次画像表示することができる。

上記走行ロジックは一般的に、かなり複雑なものであるが、このような走行ロジックは外部から入手可能であるか、多くの場合自動車シミュレータに既に含まれている。また該走行ロジックは通常、道路の形状に沿って走行する、前方車両との車間距離を保つ、交差点状況を認識して右左折する、横断歩行者等を認識して停車する、信号状況を認識して走行又は停止の判断を行う、後方車両を認識して車線変更を行う、等の基本的動作を行うためのロジックを含む。また上記データベースも、ドライバーの性格や能力の違いを考慮した種々のものが用意されている。従って本願発明では、模擬運転対象である自車両のための走行ロジックを自ら構築する必要はなく、既存の走行ロジックに基づいて制御される目標車両に対する追従制御を行うことによって、複雑な交通状況にも対応可能なシミュレーションを行うことができる。また選択する走行ロジックによって、荒っぽい運転や慎重な運転等、バリエーションのあるシミュレーションを行うこともできる。

１０模擬運転装置
１２表示部
１４第１自動制御部
１６第２自動制御部
１８記憶部
２０、２２、２６他車両
２４目標車両
３０自車両

Claims

自動移動制御機能を備えた模擬運転装置であって、
自動制御により仮想情景内を移動する少なくとも２つの移動体の各々の動作を、所定の移動ロジックに従って自動制御する第１自動制御部と、
自動制御及び操作者による手動制御のうち、少なくとも自動制御によって前記仮想情景内を移動する模擬運転移動体を自動制御している間は、前記模擬運転移動体が前記少なくとも２つの移動体のうちの１つを目標移動体とし、該目標移動体の移動に追従するように追従制御を行う第２自動制御部と、
前記仮想情景、前記模擬運転移動体、及び前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体を表示可能であり、かつ、該目標移動体を非表示とする表示部と、を備え、
前記第１自動制御部は、前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体の各々が、前記目標移動体を認識せずに所定の移動ロジックに従って移動するように構成される、
模擬運転装置。
前記追従制御では、前記模擬運転移動体の移動方向が前記目標移動体内の目標点に向かうように前記模擬運転移動体が制御される、請求項１に記載の模擬運転装置。
前記模擬運転移動体の制御形態を自動制御と手動制御とで切り替える手段をさらに有し、前記手動制御時は、前記目標移動体は前記模擬運転移動体の近傍を移動するように制御される、請求項１又は２に記載の模擬運転装置。
模擬運転装置における移動体の移動制御方法であって、
自動制御により仮想情景内を移動する少なくとも２つの移動体の各々の動作を、所定の移動ロジックに従って自動制御するステップと、
自動制御及び操作者による手動制御のうち、少なくとも自動制御によって前記仮想情景内を移動する模擬運転移動体を自動制御している間は、前記模擬運転移動体が前記少なくとも２つの移動体のうちの１つを目標移動体とし、該目標移動体の移動に追従するように追従制御を行うステップと、
前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体の各々を、該目標移動体以外の移動体の各々が前記目標移動体を認識せずに所定の移動ロジックに従って移動するように制御するステップと、
前記仮想情景、前記模擬運転移動体、及び前記少なくとも２つの移動体のうち前記目標移動体以外の移動体を表示可能とし、かつ、前記目標移動体を非表示とするステップと、
を含む移動制御方法。