以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る合流支援装置について説明する。なお、合流支援とは、例えば、自車両のドライバーの運転操作によらずに、自車両を合流先車線の他車両に合流するように自車両の走行を制御することを意味する。また、合流支援とは、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダル及びステアリングホイールに所定の反力を与え、自車両のドライバーに対して合流に必要な運転操作を促すことを意味する。
また、合流支援とは、例えば、自車両のドライバーに対して、合流のタイミング、操舵のタイミング、操舵量、加減速のタイミング、加減速量、自車両が合流すべき車間スペースの位置、自車両が合流すべき車間スペースの速度、先行車との車間距離、先行車との車間時間及び合流の可否等の合流に必要な情報を提供する支援を意味する。合流支援には、走行車線における自車両の直前の先行車に対して自車両が適切な車間距離で追従走行するための支援も含まれる。また、合流支援制御とは、上記の合流支援を行うための制御を意味する。
なお、本実施形態の合流支援装置は、自車両が合流場所に到達する前に合流先車線を走行する他車両の状況を認識し、自車両が安全且つ安定して合流が可能なように、自車両が合流すべき車間スペースや先行車との車間距離等を決定することが主な動作である。従って、以下の説明では、自車両が合流場所に到達する前の動作が主に説明される。自車両が合流場所に到達した後は、合流支援装置が合流先車線を走行する他車両の状況をセンサ等で直接に認識することにより、自車両を合流先車線に合流させる動作が適宜行われる。
図1に示す合流支援装置1は、自車両に搭載され、自車両の合流支援制御を行う。合流支援装置1は、自車両が高速道路、自動車専用道路を走行する際の自車両の合流支援に適用されてもよいし、自車両がそれら以外の道路を走行する際の自車両の合流支援に適用されてもよい。
合流支援装置1は、ナビゲーション装置2、車速センサ3、情報取得部4、ECU(Electronic Control Unit)5及び運転支援実行部6を備えている。
ナビゲーション装置2は、自車両の経路案内を行う装置であって、例えば、地図情報を有し、GPS(Global Positioning System)を備えて自車両の位置情報を取得可能とする装置である。このナビゲーション装置は、地図上での車両位置を表示しつつ、設定された経路に応じモニタ表示やスピーカ出力などを通じて自車両の走行誘導又は走行案内を行う。ナビゲーション装置2は、ECU5と電気的に接続され、自車両の位置情報、自車両が走行する道路の形状に関する情報などをECU5に出力する。
車速センサ3は、自車両の走行速度を検出する車速検出器であって、例えば車輪速センサが用いられる。車速センサ3は、ECU5と電気的に接続され、車速信号をECU5に出力する。
情報取得部4は、走行車線における自車両の直前の先行車に関する情報、合流先車線を走行する他車両に関する情報を取得する。先行車及び他車両に関する情報としては、例えば、先行車及び他車両の速度及び位置に関する情報である。情報取得部4は、道路に設置されるセンサ、例えば合流場所周囲を撮像するカメラ、合流場所周囲の物体を検出するレーダセンサ、LIDAR(Light Detection and Ranging)を有する設備又は施設と通信し、これらのセンサ等の検出情報を取得可能な路車間通信装置である。また、情報取得部4は、自車両に搭載されるセンサ、例えば車両周囲を撮像するカメラ、自車両の周囲の物体を検出するレーダセンサ、LIDARや車車間通信装置が用いられてもよい。また、情報取得部4は、路車間通信装置と車両に搭載されるセンサ及び車車間通信装置が組み合わされて構成されてもよい。
ECU5は、合流支援装置1における支援制御を実行するための電子制御ユニットであり、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read OnlyMemory)、RAM(Random Access Memory)を含むコンピュータを主体として構成されている。ECU5は、自車両情報取得部51、先行車情報取得部52、車間スペース認識部53、先行車合流空間予測部54、自車両合流空間決定部55、目標車間距離設定部56及び支援部57を備えている。これらの自車両情報取得部51等は、例えば、これらの機能を有するプログラム又はソフトウェアをコンピュータに導入することにより構成される。また、これらの自車両情報取得部51等の一部又は全部をそれぞれ個別の電子制御ユニットとして構成してもよい。
自車両情報取得部51は、走行車線における自車両の走行状態情報及び自車両の位置情報を含む自車両情報を取得する。走行状態情報とは、例えば、速度、加速度及び方向に関する情報を意味する。位置情報とは、例えば、経度及び緯度等の位置に関する情報を意味する。自車両情報取得部51は、自車両の走行状態情報の速度及び加速度に関する情報を車速センサ3により取得する。自車両情報取得部51は、自車両の走行状態情報の方向に関する情報をナビゲーション装置2により取得する。
先行車情報取得部52は、走行車線における自車両の直前の先行車の走行状態情報及び先行車の位置情報を含む先行車情報を取得する。先行車情報取得部52は、先行車情報を情報取得部4により取得する。先行車情報には、先行車の全長(先行車の前端から後端までの長さ)が含まれていてもよい。
車間スペース認識部53は、合流先車線を走行する他車両間の車間スペースを認識する。車間スペース認識部53は、車間スペースを情報取得部4により認識する。車間スペース認識部53は、合流先車線の他車両それぞれの間の空間である。車間スペース認識部53は、車間スペースそれぞれの合流先車線に沿った長さ及び合流先車線を走行する他車両の全長を認識してもよい。
先行車合流空間予測部54は、先行車情報取得部52により取得された先行車情報に基づいて、車間スペース認識部53により認識された車間スペースの中から、合流先車線において先行車が合流すると予想される車間スペースである先行車合流空間を予測する。
先行車合流空間予測部54により先行車合流空間が予測される際には、具体的には、まず、先行車の最高速度(例えば、道路における法定の最高速度)と合流場所までの距離に基づいて先行車の合流場所までの最短到達時間が演算される。次に、合流先車線における先行車合流空間の候補となる車間スペースの合流場所までの到達時間が演算される。なお、この場合の先行車合流空間の候補となる車間スペースは、合流先車線を走行する他車両それぞれの間の空間であって、合流先車線に沿った長さが所定距離以上の空間である。また、先行車合流空間の候補となる車間スペースは、他車両の前方又は後方の空間であって、他車両から所定距離以上が空いている空間であってもよい。先行車合流空間の候補となる車間スペースは、合流先車線を走行する他車両の走行に応じて合流先車線上を移動している。
先行車の合流場所までの最短到達時間と先行車合流空間の候補となる車間スペースの合流場所までの到達時間とが演算された後、先行車合流空間予測部54により先行車の最短到達時間より長い到達時間となる車間スペースが存在するか否かが判断される。先行車の最短到達時間より長い到達時間となる車間スペースが存在すると判断された場合に、先行車合流空間予測部54により、最短到達時間に最も近い到達時間の車間スペースが先行車合流空間であると予測される。
自車両合流空間決定部55は、後述するように、自車両情報取得部51により取得された自車両情報と、先行車合流空間予測部54による先行車合流空間の予測結果とに基づいて、車間スペース認識部53により認識された車間スペースの中から、合流先車線における自車両が合流する車間スペースである自車両合流空間を決定する。
目標車間距離設定部56は、後述するように、先行車情報取得部52により取得された先行車情報と、先行車合流空間予測部54による先行車合流空間の予測結果と、自車両合流空間決定部55による自車両合流空間の決定結果とに基づいて、走行車線における自車両の直前の先行車と自車両との間の目標車間距離を設定する。
支援部57は、自車両合流空間決定部55により決定された自車両合流空間で合流するように自車両の合流支援を制御する制御部である。この支援部57は、例えば、自車両合流空間決定部55にて決定された自車両合流空間に自車両が合流するように、運転支援実行部6に制御信号を出力する。また、支援部57は、目標車間距離設定部56で設定された目標車間距離により先行車に対して自車両が追従走行をするように、運転支援実行部6に制御信号を出力する。
運転支援実行部6は、自車両合流空間決定部55により決定された自車両合流空間で合流するように自車両の合流支援を行う。また、運転支援実行部6は、目標車間距離設定部56により設定された目標車間距離により先行車に対して自車両が追従走行をするように自車両の合流支援を行う。運転支援実行部6としては、エンジンやモータなどの駆動機の駆動制御ECUなどが用いられる。運転支援実行部6は、ECU5の自車両合流空間決定部55及び目標車間距離設定部56からの制御信号を受けて作動し、決定された合流空間で自車両が合流できるように自車両を走行させる。なお、運転支援実行部6は、アクセルペダル、ブレーキペダル及びステアリングホイールに所定の反力を与える装置であってもよい。また、運転支援実行部6は、自車両のドライバーに対して、合流に必要な情報を提供するディスプレイ又はスピーカであってもよい。
以下、本実施形態の合流支援装置1の動作について説明する。以下の説明では、図2に示すような状況を想定する。図2に示すように、自車両100及び自車両100の直前の先行車200が走行する走行車線300と、複数の他車両300a〜300eが走行する合流先車線500とが、合流場所600において合流する。
合流先車線500の合流場所600の手前側には、合流先車線500の状況を検出する路側センサ701と路側センサ701の検出結果を送信する路車間通信装置702とが設置されている。合流支援装置1の情報取得部4は、路車間通信装置702から路側センサ701の検出結果を取得する。
情報取得部4は、他車両300a〜300eそれぞれが平均速度Vm及び平均車間距離Lmで走行している旨の情報を取得する。他車両300a〜300eそれぞれの間の車間スペースは、前方から順に車間スペースSN〜SN+3であると規定する。合流支援装置1は、目標車間距離Ltgにより先行車200に対して自車両100が追従走行するように合流支援を行う。合流支援装置1において、自車両情報取得部51は自車両情報を取得し、先行車情報取得部52は先行車情報を取得し、車間スペース認識部53は、車間スペースSN〜SN+3を認識する。以下の処理においては、基本的に、車間スペースSN〜SN+3の合流先車線500に沿った長さがいずれも平均車間距離Lmであるとの仮定に基づいて処理が行われる。
図3に示すように、合流支援装置1の先行車合流空間予測部54又は自車両合流空間決定部55は、平均車間距離Lmが最短車間距離Lmin未満であるか否かを判定する(S1)。最短車間距離Lminとは、自車両100が他車両300a〜300eに接触せずに車間スペースSN〜SN+3に合流可能な最短の車間距離である。最短車間距離Lminは、例えば、自車両100の全長である。平均車間距離Lmが最短車間距離Lmin未満である場合は、本実施形態の合流支援は不可能であるため、合流支援装置1は処理を終了する。
平均車間距離Lmが最短車間距離Lmin以上である場合は、先行車合流空間予測部54は、上述したように、先行車情報取得部52により取得された先行車情報に基づいて、車間スペース認識部53により認識された車間スペースSN〜SN+3の中から、合流先車線500における先行車200の先行車合流空間を予測する(S2)。図2の例においては、車間スペースSNが先行車合流空間であると予測される。
自車両合流空間決定部55は、平均車間距離Lmが最長車間距離Lmaxを超えているか否かを判定する(S3)。最長車間距離Lmaxとは、自車両100及び先行車200の両方が他車両300a〜300eに接触せずに同じ車間スペースSN〜SN+3に合流可能な車間距離である。最長車間距離Lmaxは、例えば、自車両100の全長、先行車200の全長、及び自車両100と先行車200との車間距離の和の2倍以上の値とすることができる。平均車間距離Lmが最長車間距離Lmaxを超えている場合は、先行車合流空間である車間スペースSNに、先行車200及び自車両100の両方が合流することが可能である。そのため、平均車間距離Lmが最長車間距離Lmaxを超えている場合は、自車両合流空間決定部55は、先行車合流空間である車間スペースSNを自車両合流空間に決定する(S5)。
自車両合流空間決定部55は、平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth以上であるか否かを判定する(S4)。合流空間閾値Lthとは、先行車合流空間に先行車200が合流しても先行車合流空間の車間距離が変化しない最短の車間距離である。以下、合流空間閾値Lthを設定する方法について説明する。図4に示すように、他車両300aと他車両300bとの間に先行車200が合流する状況を想定する。他車両300a,300bの平均速度は平均速度Vmである。先行車200の全長は先行車全長Lxである。先行車200と他車両300a,300bとの基準車間時間が基準車間時間Tcであると仮定する。基準車間時間Tcは、一般的に道路を走行する複数の自動車の車間時間である1〜2秒間であり、例えば、1秒間と仮定する。この場合、合流空間閾値Lthは、Lth=Vm・Tc・2+Lxに設定することができる。
合流空間閾値Lthは、車間時間の閾値として設定することができる。図5に示すように、先行車合流空間に先行車200が合流しても先行車合流空間の車間時間が変化しない最短の車間時間を合流空間閾値Tthであると規定する。他車両300aと他車両300bとの基準車間距離が基準車間距離LZであると仮定する。基準車間距離LZは、物理的に先行車200が合流可能な車間距離であり、例えば、先行車全長Lxの2倍(Lx・2)であると仮定する。この場合、合流空間閾値Tthは、Tth=(Lx・2)/Vmに設定することができる。
図6(a)に示すように、他車両300aと他車両300bとの車間距離Labが合流空間閾値Lth未満であり、他車両300aと他車両300bとの車間時間Tabが合流空間閾値Tth未満である状況を想定する。他車両300bと他車両300cとの車間距離は車間距離Lbcである。この場合は、図6(b)に示すように、先行車200の合流により、車間距離Labは合流空間閾値Lthに拡大し、車間時間Tabは合流空間閾値Tthに拡大する。この結果、車間距離Lbcは、車間距離lbc(<Lbc)に減少する。したがって、先行車合流空間が合流空間閾値Lth未満である場合は、先行車合流空間の直後の車間スペースが先行車200の合流の影響を受けると考えられる。
一方、図7(a)に示すように、他車両300aと他車両300bとの車間距離Labが合流空間閾値Lth以上であり、他車両300aと他車両300bとの車間時間Tabが合流空間閾値Tth以上である状況を想定する。この場合は、図7(b)に示すように、先行車200が合流したとしても、車間距離Labは車間距離Labのまま維持され、車間時間Tabは車間時間Tabのまま維持される。この結果、車間距離Lbcも車間距離Lbcのまま維持される。したがって、先行車合流空間が合流空間閾値Lth以上である場合は、先行車合流空間の直後の車間スペースが先行車200の合流の影響を受けないと考えられる。そこで、本実施形態では、先行車合流空間が合流空間閾値Lth以上であるか否かに応じて、以下のように自車両合流空間が決定される。
図3に戻り、平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth以上である場合には(S4)、自車両合流空間決定部55は、先行車合流空間である車間スペースSNの直後の車間スペースSN+1を自車両合流空間に決定する(S6)。平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth以上である場合は、先行車200の合流により車間スペースSN,SN+1は変化しないため、自車両が最も早く合流可能な車間スペースSN+1が自車両合流空間に決定される。
一方、平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth未満である場合には(S4)、自車両合流空間決定部55は、先行車合流空間である車間スペースSNの直後の車間スペースSN+1よりも後方の車間スペースSN+2を自車両合流空間に決定する(S7)。平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth未満である場合は、先行車200の合流により車間スペースSN+1が短くなり、自車両100が車間スペースSN+1に合流することができない可能性があるため、車間スペースSN+1よりも後方の車間スペースSN+2が自車両合流空間に決定される。
車間スペースSN+2も先行車200の合流の影響を受けることが考えられる。しかし、車間スペースSN+2は、車間スペースSN+1よりも先行車200の合流の影響が少なく、先行車200の合流の影響が生じる時間が遅くなる。そのため、自車両100の合流がより容易となる。なお、状況に応じて、車間スペースSN+1の直後の車間スペースSN+2よりも後方の車間スペースSN+3等が自車両合流空間に決定されてもよい。
合流支援装置1の目標車間距離設定部56は、先行車情報と先行車合流空間の予測結果と自車両合流空間の決定結果とに基づいて、先行車200と自車両100との間の目標車間距離Ltgを設定する(S8)。本実施形態では、合流前に自車両100が先行車200に目標車間距離Ltgで追従走行すれば、自然に合流に適した位置を自車両100が走行するような目標車間距離Ltgが設定される。
以下、目標車間距離Ltgを設定する方法について説明する。図8に示すように、自車両100が、先行車合流空間である車間スペースSNの直後の車間スペースSN+1に合流する場合を想定する。この場合、他車両300aに対する先行車200の相対位置の関係と、他車両300bに対する自車両100の相対位置の関係とが同様であれば、合流場所600において、自車両100は車間スペースSN+1に並走することができ、円滑に合流することが可能である。
そこで、もし、路側センサ701により合流支援装置1が、他車両300aと他車両300bとの車間距離Lab、他車両300bの全長である他車両全長Lb、及び先行車全長Lxを取得可能である場合には、目標車間距離Ltgは、Ltg=Lab+Lb−Lxに設定することができる。もし、路側センサ701により、合流支援装置1が、車間距離Lab、他車両全長Lb及び先行車全長Lxを取得不可能であるが、平均車間距離Lmを取得可能である場合には、車間距離Labを平均車間距離Lmとみなし、他車両全長Lbと先行車全長Lxとが等しいとみなして、目標車間距離Ltgは、Ltg=Lmに設定することができる。
次に、図9に示すように、自車両100が、先行車合流空間である車間スペースSNの直後の車間スペースSN+1の後方の車間スペースSN+2に合流する場合を想定する。この場合、他車両300aに対する先行車200の相対位置の関係と、他車両300cに対する自車両100の相対位置の関係とが同様であれば、合流場所600において、自車両100は車間スペースSN+2に並走することができ、円滑に合流することが可能である。
そこで、もし、路側センサ701により合流支援装置1が、他車両300aと他車両300bとの車間距離Lab、他車両300bの全長である他車両全長Lb、他車両300bと他車両300cとの車間距離Lbc、他車両300cの全長である他車両全長Lc、及び先行車全長Lxを取得可能である場合には、目標車間距離Ltgは、Ltg=Lab+Lb+Lbc+Lc−Lxに設定することができる。もし、路側センサ701により、合流支援装置1が、車間距離Lab、他車両全長Lb、車間距離Lbc、及び他車両全長Lcを取得不可能であるが、平均車間距離Lm及び先行車全長Lxを取得可能である場合には、車間距離Lab,Lbcを平均車間距離Lmとみなし、他車両全長Lb,Lcと先行車全長Lxとが等しいとみなして、目標車間距離Ltgは、Ltg=Lm・2+Lxに設定することができる。
支援部57は、自車両100が先行車200に対して、目標車間距離Ltgで追従走行し、自車両合流空間で合流するように合流支援を行う。なお、例えば、自車両100が合流場所600に到達する前には、平均車間距離Lmが合流空間閾値Lth未満であると判定され、車間スペースSN+2が自車両合流空間として決定されたが、自車両100が合流場所600に到達した時には、車間スペースSN+1の車間距離Lbcが先行車200の車間スペースSNへの合流の影響を受けないほど大きい場合がある。このような場合には、情報取得部4の自車両100に搭載されたセンサ等により車間スペースSN+1の大きさが検出され、車間スペースSN+1に自車両100が合流するような合流支援が適宜行われる。
本実施形態によれば、先行車200が合流する先行車合流空間の大きさが合流空間閾値Lth未満である場合は、自車両合流空間決定部55により、先行車合流空間の直後の車間スペースSN+1よりも後方の車間スペースSN+2が、自車両100が合流する自車両合流空間に決定される。このため、先行車合流空間の大きさが合流空間閾値Lth未満であり、先行車200の先行車合流空間への合流により先行車合流空間の直後の車間スペースSN+1が狭くなる場合であっても、先行車200の合流の影響をより受けにくい車間スペースSN+2を自車両合流空間に決定することができる。従って、より精度良く自車両100の合流すべき車間スペースを決定することができ、より適切な合流支援を行うことができる。
また、本実施形態では、先行車200の合流の影響を考慮した目標車間距離Ltgが設定される。このため、先行車200に自車両100が追従走行するだけで、先行車200の合流により車間スペースの大きさが変化した場合でも、自車両100が合流に適した位置を走行することが可能となる。上述したように、自車両100が合流場所600に到達した後には、情報取得部4の自車両100に搭載されたセンサ等により車間スペースの大きさが検出され、自車両100が走行する位置を調整する等の合流支援が適宜行われる。しかし、自車両100が合流場所600に到達する前に上述した合流支援が行われることにより、自車両100が合流場所600に到達した後に自車両100が走行する位置の調整量を少なくすることができる。したがって、自車両100をより安定して合流させることができる。
尚、本発明の実施形態の合流支援装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。