JP6433005B2 - 車両の経路予測のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、運転中に車両の経路を予測するためのシステムおよび方法に関する。

現代の多くの車両には、衝突などの危険な事象が発生する前や、道路から車両が逸脱する前に作動するように意図された安全システムが含まれる。しかしながら、車両安全システムを不必要に作動させないことが強く望ましく、これは、ドライバーにとって煩わしくて気を散らすものであり得、例えば、車内のエアバッグが誤って作動した場合、事故や障害をもたらす可能性さえもあるからである。

この種の先制安全システムを作動させるためには、車両の経路を正確に決定できることが重要である。車両の経路を予測することによって、車両のプロセッサは、危険な状況が一般的に発生する可能性があるかどうかを判断することができる。

米国特許出願公開第２００６／００８５１３１号明細書は、プロセッサが異なる基準に基づいて潜在的な経路を生成し、これらの異なる経路に信頼レベルを割り当てる経路推定システムを開示している。最終予測経路は、これらの潜在的な経路の一部または全部の重み付けされた組み合わせに基づいて計算される。

米国特許出願公開第２００６／００８５１３１号明細書

本発明の目的は、この種の改善された経路予測システムおよび方法を提供することである。

したがって、本発明の一態様は、車両の経路を予測する方法であって、車両の速度、方向、およびヨーレートを検出する工程と、車両の操舵角を検出する工程と、車両の近くの走行車線または車両が走行している走行車線を検出する工程と、現在の時間に続く第１の期間の間、検出された速度、方向、およびヨーレートに基づいて予測された軌道を含む第１の経路予測を計算する工程と、少なくとも一部が第１の時間よりも遅い第２の期間の間、操舵角の変化に起因する操舵動作が車両に作用すると仮定した第２の経路予測を計算する工程と、少なくとも一部が第２の時間よりも遅い第３の期間の間、車両のドライバーが車両の軌道を制御して少なくとも実質的に走行車線に追従しようとすると仮定した第３の経路予測を計算する工程と、第１、第２、および第３の期間の間、合成された経路を定式化する工程とを含み、第１、第２、および第３の経路予測は、それぞれ合成予測経路に寄与する方法を提供する。

有利なことには、第１、第２、および第３の経路予測はそれぞれ、合成予測経路の時間にわたって変化するそれぞれの第１、第２、および第３の寄与重みを用いて合成予測経路に寄与する。

好ましくは、合成経路予測を定式化する際に、第１の経路予測のみが第１の期間の間に使用される、および／または、合成経路予測を定式化する際に、第２の経路予測のみが第２の期間の間に使用される、および／または、合成経路予測を定式化する際に、第３の経路予測のみが第３の期間の間に使用される。

好都合なことには、第１の経路予測は、
ａ）現在の検出された方向に継続する、または、
ｂ）検出されたヨーレートで検出された方向に対して回転を続ける、または、
ｃ）検出されたヨーレートの変化率で変化し続けるヨーレートで検出された方向に対して回転を続ける、および、
ａ）現在の検出された速度で継続する、または、
ｂ）検出された加速／減速率で検出された速度に対して加速／減速を継続する、または、
ｃ）検出された加速／減速の変化率で変化し続ける加速度／減速度で検出された速度に対して加速／減速を継続する、車両を含む。

有利なことには、第２の期間は、車両の操舵遅れ（ステアリングラグ）に対応する期間の後に開始するように計算され、および／または、第３の期間は、ドライバーの反応時間に対応する第１の期間と、車両の操舵遅れに対応する第２の期間との合計の後に開始するように計算される。

好ましくは、第１、第２、または第３の期間のうちの少なくとも１つの時間において、第１、第２、および第３の経路予測のうちの２以上の組み合わせに基づいて経路予測が行われる。

好都合なことには、第１の遷移期間において、合成経路予測は、第１の経路予測と第２の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づく。

有利なことには、第２の遷移期間において、合成経路予測は、第２の経路予測と第３の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づく。

好ましくは、第３の遷移期間において、合成経路予測は、第１、第２、および第３の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づく。

好都合なことには、該当する場合は、第１、第２、または第３の遷移期間の間に、各経路予測の寄与重みが経時的に変化する。

有利なことには、本方法は、合成予測経路に基づいて、車両が危険な状況に遭遇する、またはそうなる可能性が高いと判断された場合に、１以上の車両安全システムを作動させる工程をさらに含む。

好ましくは、本方法は、車両が衝突する可能性がある車両の近傍の１以上の物体を検出する工程をさらに含む。

好都合なことには、本方法は、走行車線の移動の法線方向を特定する工程をさらに含む。

本発明の別の一態様は、プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、上記の任意の工程のすべてを実行するように適合されたコンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラムを提供する。

本発明のさらなる一態様は、コンピュータ可読媒体で具現化される上記のコンピュータプログラムを提供する。

本発明をより容易に理解できるように、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例として以下に説明する。

本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行している車両を示す。 本発明の一実施形態に係る、予測された経路の成分を重み付けするための方式を示す。 本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行する車両のさらなる例を示す。 本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行する車両のさらなる例を示す。 本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行する車両のさらなる例を示す。 本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行する車両のさらなる例を示す。 本発明の実施形態に従って予測される経路とともに、道路を走行する車両のさらなる例を示す。 本発明の実施形態に係る、予測された経路の成分を重み付けするためのさらなる方式を示す。 本発明の実施形態に係る、予測された経路の成分を重み付けするためのさらなる方式を示す。 本発明の実施形態に係る、予測された経路の成分を重み付けするためのさらなる方式を示す。

まず、図１を参照すると、道路２に沿って運転する過程の車両１が示されている。

車両１は、（単一の処理ユニットまたは複数の連結された処理ユニットを含むことができる）プロセッサと、複数の車両センサを備えている。

車両センサは、車両１の現在の速度を決定する速度センサを含む。センサは、車両１の１以上の車輪の回転速度を検出するように構成されたセンサを含むことができる。代替的または追加的に、速度センサは、車両１の移動速度をより直接的に測定するＧＰＳシステムのような測位システムを含むことができる。

車両センサはまた、車両の現在の移動方向を決定する方向センサを含む。方向センサは、磁北／磁南に対して移動方向を決定するためのコンパスを含み、および／または車両の移動速度をより直接的に測定するＧＰＳシステムのような測位システムを含むことができる。

車両センサは、車両の現在の操舵角を検出する操舵角センサをさらに含む。これは、車両のハンドルの角度を決定する１以上のセンサを含むことができ、代替的または追加的に、操舵に依存する車両の車輪（典型的には、前輪）の、車両の縦軸に対する角度を決定するセンサを含むことができる。

車両センサはヨーレートセンサも含む。当業者に理解されるように、車両１のヨーレートは、車両１の重心を鉛直方向に通過する軸の周りを回転するレート（割合・速度）である。ヨーセンサは、当業者に理解されるように、ヨー軸周りの車両１の回転に起因する加速度を測定する慣性センサを含むことができる。

上記に加えて、車両１は、車両１の近傍の走行車線を検出するための車線検出装置を含む。当技術分野で知られているように、車線検出装置は、車両１の周囲の領域の画像を取得するように配置された１以上のカメラを含むことができる。カメラは、車両１の前方、後方、側方、またはこれらの任意の組み合わせに向けることができる。カメラからの画像を分析して、走行車線の境界を示す特徴物を決定する。例えば、道路２の側部３、４において塗装された線を検出して、走行面の左右の境界を決定することができる。塗装された線が存在しない、または浸食された、または（例えば、雪または葉の覆いによって）視野から見えなくなった場合、他の手掛かりが検出されて走行面の境界を決定することができる。例えば、道路が両側に高くなった縁石および／または舗装を有する場合、走行面は周囲の地形よりも低い可能性がある。あるいはまた、路面は周囲の地形より高い可能性がある。代替的または追加的に、路面は、周囲の地形とは異なる色および／または反射性を有する可能性がある。当業者であれば、どのように車両の周囲に配置されたカメラからの画像を分析して、走行面の境界を決定するかを理解するであろう。

これに加えて、路面内の走行車線間の境界を示す１以上の線５が検出されてもよい。再び、これらの線５は、塗装された線を含む可能性があるが、他の構造的特徴物（例えば、障壁または中央分離帯）が存在してもよい。

図１に示す例では、道路２は、その中央に沿って描かれた破線で描かれた線５を有し、この線５は左側の道路の走行車線６と道路２の右側の進入／追い越し車線７との間の境界を示している。

通常のカメラの代わりに（または通常のカメラに加えて）、車線検出装置は、他のセンサ（例えば、赤外線センサ、またはレーダまたはライダー構成）を使用することができる。

車両１はさらに、可逆的または不可逆的であり得る１以上の安全装置を備えている。可逆的な安全システムの例には、１以上のシートの補強（ブレース）装置、および電動シートベルトプリテンショナーが含まれる。非可逆的な安全装置の例には、膨張可能なエアバッグおよび点火式シートベルトプリテンショナーが含まれる。

車両１はまた、この制御が危険な状況を回避するか、または危険状態から生じる危害を最小限に抑えることができると判定された場合に、制動および／または操舵機能の制御を引き受けるように動作可能な能動的な制動および／または操舵装置を備えることができる。

車両のプロセッサは、車両センサの一部またはすべてから信号を受信し、これらのセンサを使用して車両１の将来の可能性のある経路を決定する経路予測モジュールを含む。

好ましい一実施形態では、経路予測モジュールは、車両の将来の軌道の第１、第２、および第３段階を決定する。

そうする中において、第１段階では、車両１が現在の速度で経路上を走行し続け、または車両１が現在の加速度で経路上を走行し続け、更に、車両１の現在のヨーレートが維持され、または車両１のヨーレートの現在の変化率が維持されるものと想定される。車両１が一定速度で直線的に走行している場合、直線加速度および現在のヨーレートはゼロであり、したがって第１段階の間に車両１は、その現在の速度および方向に継続する。ヨーレートが一定でありゼロでない場合、この第１段階の間、車両１は現在のヨーレートでその現在の方向に対して時計回りまたは反時計回りに回転し続けると判定される。車両が加速／減速している場合、および／またはヨーレートの変化率がゼロでない場合、いくつかの実施形態では、これは無視され、（簡単にするために）第１段階の間に車両は現在の速度および現在のヨーレートで走行を継続すると見なされる。しかしながら、さらなる実施形態では、軌道の第１段階の間は、現在の直線加速度のレート（または現在の直線加速度の変化率）および／または現在のヨーレートの変化率は継続すると想定される。

図１では、第１段階の間の予測された軌道を示す線を参照番号８で示す。

第１段階は、ヨーレート、操舵角、それらの微分値、ヨーレートと操舵角との融合、または当業者に知られている同様の技術の測定によって予測される、短期間における車両１の不可避な軌道と見なすことができる。車両１のドライバーが、操舵に変更を加える、すなわち、この軌道を変更する操舵動作を車両に与えるか、または既に与えている場合、この操舵動作は直ちに有効にはならない。

熟練した読者は、ドライバーによる操舵動作の印加と、車両の方向に対する対応する効果との間には時間差があることを理解するであろう。しかしながら、一般的に、車両の方位は、時間Ｔ＝Ｔ_ｎｏｗ−Ｔ_ｌａｇにおける操舵角に比例するはずである。また、車両の操舵角と実際のヨーレートとの間の関係は、車速、アッカーマン角に対する操舵比、路面のタイヤスリップ、および動的因子の範囲（例えば、タイヤの摩擦が圧倒されると、より高速ではより大きな求心加速度があり、それゆえタイヤスリップがより大きくなる）に伴って変化する。

したがって、第１段階が持続すると予測される時間の長さは、それに応じて設定され、本発明の好ましい実施形態では、第１段階が発生すると予測される時間の長さは、ドライバーによって印加された操舵動作の変更と車両の軌道を変更する際の操舵の変更の効果との間の時間差に依存し、これは車両製造者の車両操舵設計に依存する。しかしながら、この時間は、通常１秒未満である。

好ましい実施形態では、第１段階は２秒以下持続し、より好ましい実施形態では、第１段階は１秒以下持続し、さらなる実施形態では、第１段階は０．５秒以下持続する。

また、好ましい実施形態では、第１段階は少なくとも０．１秒間持続し、さらなる実施形態では、少なくとも０．２秒間持続する。

経路予測モジュールはまた、車両の軌道の第２段階を計算する。この第２段階では、ドライバーによって印加される現在の操舵動作に基づいて車両１の経路が予測される。この段階の間、操舵角に基づいて経路が予測される。操舵角に基づく予測（すなわち、ドライバーによって印加される操舵動作）は、操舵要因（例えば、操舵角の変化率、車両１の速度、操舵比（すなわち、ハンドルが回転する角度と車両１の車輪が回転する角度との間の比）、路面上のタイヤスリップ、ステアリングバックラッシュ、コーナリング設計、および他の動的要因）の範囲によって影響を受ける可能性がある。本発明の実施形態では、軌道の第２段階を計算する際に、これらの因子の一部または全部を考慮に入れることができ、どの因子が含まれるかは、必要な処理のレベルおよび予測された軌道上に各因子が有する可能性のある効果の大きさに依存することを当業者は理解しているであろう。操舵角の変化（例えば、時間Ｔ＝Ｔ_ｎｏｗ−Ｔ_ｌａｇにおける操舵角と比較した現在の操舵角）のみを使用する単純なケースでは、この段階中に予測される車両１の方向の変化率は一定となるであろう。

いくつかの実施形態では、第２段階の間の車両１の軌道は、車両１の現在の操舵動作と車両の現在のヨーレートとの組み合わせに基づいて計算される。例えば、車両１の現在のヨーレートが初期ヨーレートに設定され、車両１の操舵がこのヨーレートに与える影響を与える方法が算出される。

いくつかの実施形態では、ヨーレートの現在の変化率は、第２段階の間に車両１の軌道を予測する際に考慮される。特に、ヨーレートの現在の変化率は、第２段階の間、初期時間と操舵動作が軌道に影響を与える時間との間で継続すると仮定することができる。

図１に示す例では、第２段階の間の車両１の予測される軌道は、符号９で示す矢印で示されている。

第２段階が持続すると予測される時間は、動作の第１の（不可避）段階の後、すなわち、操舵動作が車両の運動／軌道に影響する時間を有した後に始まる。しかしながら、第２段階は、好ましくは、以下でより詳細に議論されるように、ドライバーが周囲の状況に反応しない、または実質的に反応しない時間の間、およびドライバーのいかなる反応も車両の軌道に影響を与える時間を有さないさらなる時間の間、継続する。

経路予測モジュールはまた、車両１の軌道の第３段階を予測する。この第３段階では、ドライバーが適切な走行車線を試行して追従するための行動をとると仮定され、適切な走行車線は、好ましくは、車両１が軌道の第２段階の終了後であると予測される場所に最も近い車線、または第１および第２の予測段階の組み合わせによって推定された車両１の軌道に最も密接に関連する車線である。したがって、この第３段階では、単に物理学の法則に従うだけで車両１が継続するとは予測されないが、ドライバーは、図１および図３〜図７に示されるように、車両１が適切な走行車線に最大限追従できるように車両１を制御できるように積極的に行動することが期待される。

第３段階で予想される軌道を計算する際に、プロセッサはドライバーが走行車線に従うように行った操舵操作をモデル化しようとする。車両１が制御された方法で走行車線に沿って走行している場合、これは、車両１が走行車線に沿って走行し続けるように単にハンドルを回すことを含むことができる。車両１が過度に速く走行するため、制御された方法で回り、走行車線に追従することができない場合、経路予測モジュールは、たとえ成功しないとしても、運転手が車線に追従するために何らかの動作をとると予測する。

さらなる一例では、車両１が、第２段階に続く走行車線を離れているかまたは部分的に離れていると予想される場合、経路予測モジュールは、図１および図３〜図７に示されるように、ドライバーは車両１を適切な走行車線に戻すように試み、走行車線に到達すると、適切な走行車線に追従する方向に車両１を操舵すると予測する。

本発明の好ましい実施形態では、ドライバーが車両の周囲に応じて操舵動作を行い、この操舵動作が（操舵の時間遅れの点で）車両の軌道に効果を与える時間を有したとき、第３段階は開始すると決定される。

ドライバーの反応時間は予測が困難であり、いくつかの要因に依存する。さらに、予測される経路が初期時間Ｔ_０から推定される場合、時間Ｔ_０の直前に発生した事象または刺激に反応する過程内にドライバーが既に（時間Ｔ_０で）存在していた可能性がある。本発明の好ましい実施形態では、想定される反応時間を用いて第３段階の開始を決定する。

例えば、（ＭｃＧｅｈｅｅ、Ｍａｚｚａｅ、およびＢａｌｄｗｉｎによる「衝突回避研究におけるドライバー反応時間：テストトラックに関する運転シミュレータ研究の検証」内において、操舵の典型的な反応時間は約１．６７秒であることが見出されている。これが推定操舵遅れ時間に加えられると、結果として得られる合計時間は、第３段階の開始の推定値として役立てることができる。操舵遅れを０．５秒と仮定すると、合計時間は約２．１７秒である。著者らは、道路環境の変化が起こったときにドライバーが操舵回避応答を実行するためには、少なくとも３秒は許容されるべきであることを見出したが、別の研究（ＴｒｉｇｇｓおよびＨａｒｒｉｓによる「道路刺激に対する運転手の反応時間」）では、予期せぬ事象の後１〜２秒の間に車両の逸脱が始まることが見出された（この時間は反応時間と操舵遅れ時間の両方を含む）。

好ましい実施形態では、第３段階は、計算時間Ｔ_０の約１〜４秒後、またはより好ましくは１〜３秒後に開始すると予測される。より好ましい実施形態では、第３段階は、計算時間Ｔ_０の約１．５〜２．５秒後に始まると予測される。いくつかの例では、第３段階は、計算時間Ｔ_０の約２秒後または約２．１７秒後に開始すると予測される。

第３段階は、第２段階の開始後まで開始されない。第１段階が比較的長い期間（例えば２秒）の後に終了する上述の実施形態では、これは、車両が比較的長い操舵遅れを有する状況に対応し、これらの状況では、第２段階は、（例えば、上記の範囲の上限へと向かう）長い時間の後に終了するであろう。

第３段階では、ドライバーは、適切な走行車線の中央またはその近くの経路と位置合わせしようと試みるが、ここで、位置合わせは、上述のように車両１の操舵因子（例えば、車両１の速度）に比例するレートで行われる。車両の最大安全旋回速度は制限されており、車両の速度に依存するため、ドライバーが行うと予想される位置合わせ動作は最大となる。

図２は、３つの予測された段階を使用して車両１の総合的な合成予測経路を計算する方法を示す概略図である。

即時時間Ｔ_０から始めて、車両１は、第１時間Ｔ_１まで第１段階（すなわち不可避な軌道）に追従することが予想される。この第１時間Ｔ_１の後、車両１は、第２時間Ｔ_２まで第２段階の軌道に従う（すなわち、現在の操舵動作に従う）ことが予想される。

この第２時間Ｔ_２に続いて、車両１は、ドライバーが走行車線に追従しようとする第３予測軌道に追従することが予測される。

図２のダイアグラムの左に各段階の重み付けが示されている。この実施形態では、各時間期間中、第１、第２、または第３の軌道は、完全な重み付け（すなわち、１または１００％の重み付け）が与えられる。したがって、即時時間Ｔ_０から第１時間Ｔ_１までの時間の間に、第１段階の軌道には１００％の重み付けが与えられる。第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間の期間中、予測の第２段階には１００％の重み付けが与えられる。最後に、第２時間Ｔ_２の後に、第３段階の予測には１００％の重み付けが与えられる。

図１に戻って、急な右カーブ１１が車両の前方にあるが、図１に示された時点では、車両１の近くでは概してまっすぐな道路２に沿って車両は走行している。ドライバーは右カーブが近づいていることに気付いており、車両１を時計回りに回転させるために操舵を加え始めているが、車両は道路２の走行車線６に沿ってほぼ直線的に走行している。

車両の軌道の第１予測段階８の間、車両１は走行車線６に沿ってほぼ直線状に走行し続けることが分かる。ドライバーは車両に操舵を印加し始めているが、操舵は、軌道の第１段階８の間は有効にならないことが決定されている。

この軌道の第２段階９では、ドライバーの現在の操舵動作の影響が計算され、これにより車両１がヨー軸の周りに時計回りに回転し、こうして右に曲がる結果になることが分かる。

軌道の第３段階１０では、ドライバーは走行車線６に追従するように行動することが予想され、したがってハンドルをより急に右に旋回させ、車両１を走行車線６に追従させる。

これに対し、矢印１２は、車両の不可避な動作がより長い時間継続していると仮定した場合の車両１の予測軌道を示している。この軌道１２は、車両１が右ターン１１の間に走行車線内に留まるのに十分急に回転しないと予測するので、道路２を離れることが分かる。

車両１が安全にターン１１を乗り切らないことを決定する理由はなく、したがって、この予測経路１２は、車両の将来の可能性のある軌道の良いまたは信頼できる指標ではない。

さらなる線１３は、車両１の現在の操舵動作がより長い時間継続すると判定された場合の予測軌道を示す。車両が右ターン１１を継続すると、車両１を走行車線６に留まらせるには操舵動作は十分ではなく、再び車両１は道路２を左側へ出ることが分かる。しかしながら、ドライバーが完全に覚醒していて車両１を制御していると仮定すると、ドライバーがターン１１の周りで車両１を安全に操舵する動作をとらないと疑う理由はなく、この軌道１３もまた車両１の将来の可能性のある軌道の良好な、または信頼できる指標とはならない。

車両のプロセッサが、これらの他の２つの軌道１２、１３のいずれかに沿って車両が追従すると予測した場合、プロセッサは、車両１が「道路から外れる」事象などの危険な事故に関与する可能性が高いと判断することができる。

したがって、プロセッサは、プリテンショナーなどの１以上の安全機構を作動させるか、または車両の能動的制動および／または操舵を連動させることができる。しかしながら、この状況では、これらの措置は不必要であり、運転手に迷惑や警報を引き起こす可能性があることが分かる。

図３を参照すると、もう１つのシナリオが右カーブ１１を含む道路２に再び示されている。

このシナリオでは、車両１は、追い越し車線７に移動し、通常の走行車線６において車両１の前方にあり、車両１よりもゆっくりと移動するさらなる車両１４を追い越す。車両１は、比較的高速でカーブ１１に向かって走行しており、さらなる車両１４に接近している。

本発明の実施形態によれば、車両１の経路は、不可避の第１段階８と、ドライバーの現在の操舵動作が有効となる第２段階９と、ドライバーが走行車線に追従しようとする第３段階１０とを含むように予想される。

図３に示される時点では、ドライバーは比較的徐々に右に回転している。

図３に示されるように、この手法を使用することにより、経路予測モジュールは、第１および第２の動作段階８、９が、通常の走行車線６内で前方に走行し、ドライバーが是正動作をとって道路２に車両を操作して戻す前に走行車線６を横切り、道路２の左側を出て、その後、走行車線６に沿って操舵する車両をもたらすことを予測するであろう。

重要なことには、経路予測モジュールは、第１および第２の動作段階８、９の間（すなわち、ドライバーが是正動作をとる前に）、車両１の予測経路がさらなる車両１４の位置と交差することを予測する。車両１の予測される経路が他の車両の位置と交差するかどうかを判定する際に、他の車両の現在の速度、加速度、および方向を考慮して、他の車両の可能性のある将来の位置を決定できることを理解すべきである。

図３に示された例では、プロセッサは、さらなる車両１４との衝突を回避しようとする、または衝突が起きたときに乗員への危害の危険性を最小限にするのに、是正動作および／または安全装置の作動が適切であると判断するであろう。

これとは対照的に、現在の操舵動作のみが考慮された場合に予測される軌道を示すさらなる線１５が図３に示されている。

プロセッサが走行線に追従しようとするドライバーのみを考慮した場合、すなわち、これが発生する前に、車両の現在の速度、軌道、ヨーレート、および操舵動作によって決定付けられる動作段階が存在するという事実を考慮しない場合に、予測される軌道を示す別の線１６が示されている。

走行車線と見なされる道路の車線は、車両がどのように運転されるかに応じて変化する可能性があることを理解すべきである。特に、図１および図３に示されるような２車線道路の場合、デフォルトの走行車線は、「前方」車線、すなわち、車両は左を走行するというルールを有する国で車両が走行する場合に左側の車線であると仮定することができる。

車両が追い越し操作に携わっていると判定された場合、プロセッサは、当面、走行車線（すなわち、ドライバーが追従しようとすることが予測される車線）が進入／追い越し車線７であると仮定し、それに応じて将来の軌道を調整することができる。

車両１が追い越し操作に携わっているかどうかを判定するためのシステムおよび方法は、当該技術分野において知られており、ここでは詳細には説明しない。

ここで図４を参照すると、通常の走行車線６においてよりゆっくりと走行しているさらなる車両１４を追い越すために、前記車両１が進入／追い越し車線７に移動した別のシナリオが再び示されている。

再度、車両１は、道路２の右カーブ１１に近づいている。

このシナリオでは、車両１は、さらなる車両１４からさらに離れており、前のシナリオ（すなわち、図３に示されているもの）ほど迅速に移動していない。本発明の一実施形態によれば、車両１の経路予測モジュールは、車両が、第１段階８（上記のような不可避の動作）、（現在の操舵動作に基づく）第２段階９、および（ドライバーが走行車線に追従しようとする）第３段階１０を含む経路に追従するであろうことを計算する。

この実施形態では、予測軌道の第１および第２段階８、９が進入／追い越し車線７内に留まり、第３段階１０では、ドライバーがこの車線７内で車両を維持しようと試みると仮定する。第３段階１０の目的のために、ドライバーが追従しようとすると予測される車線は、車線７が第１および第２段階８、９によって計算された経路とよりよく相関するので、進入／追い越し車線７であり、通常の走行車線６ではないことに留意されたい。したがって、経路予測モジュールは、車両１が追い越し操作で安全に継続すると判断するだろう。

また、図４には、車両の不可避の動作がより長い時間継続すると仮定された場合の車両１の予測経路を示すさらなる線１７が示されている。この経路１７は、さらなる車両１４の位置と交差し、これに基づいて車両１はさらなる車両１４と衝突することが予測されることが分かる。しかしながら、これは信頼できない予測であることが理解されるであろう。

さらに、現在の操舵動作に基づく第２の動作段階は、より長い時間継続するという予測に基づく線１８が示されている。これに基づいて、車両１は、進入／追い越し車線７内に留まるのに十分急には回転せず、通常の走行車線６内でドリフトすることが分かる。しかしながら、ドライバーが進入／追い越し車線７に追従するように車両１のコースを修正しないだろうと予測する理由はなく、したがって、これもまた信頼性の低い予測である。

図５を参照すると、車両１が通常の走行車線６に沿って走行しており、低速走行先行車両１４が通常走行車線６の前方にあるさらなるシナリオが示されている。車両１のドライバーは、ハンドルを右に回し始めている。道路は、車両１の前方に比較的緩やかな右カーブ１９を描いている。

本発明の一実施形態によれば、車両１の経路予測モジュール２０は、車両が通常の走行車線６に沿って前方に移動する第１段階８を含む、車両１の経路を予測する。予測軌道の第２段階９において、車両１のドライバーによって加えられた現在の操舵の作用が有効になると、車両１は右に回転を開始する。軌道の第２段階は、車両を進入／追い越し車線７に運ぶ。

予測軌道の第３段階１０では、車両１が追い越し操作に携わる可能性が高いと判定されるので、ドライバーは進入／追い越し車線７に追従しようとするであろうことが予測される。

予測された経路の３つの段階８、９、１０によって形成された合成経路は、車両１の将来の動作に対して可能性が高くかつもっともらしいシナリオを示すことが分かる。

対照的に、現在の軌道のみに基づいて車両１の将来の動きを予測するさらなる矢印２０が示されている。この経路２０はさらなる車両１４の位置と交差しており、車両１はさらなる車両１４の後部に衝突するという予測を示していることが分かる。

別の線２１は、ドライバーが車両１を通常の走行車線６に維持するとのみ仮定した場合の予測経路を示す。再び、この経路はさらなる車両１４の位置と交差し、車両１がさらなる車両１４と衝突することを有効に予測している。

別の矢印２２は、車両１の現在の操舵動作がより長い時間にわたって作用し続けるという予測に基づいて示されている。この経路２２は、車両１は右に曲がり、続いてこのコースを修正しないことを予測し、車両が右手に道路２を離れるとの予測につながることが分かる。しかしながら、ドライバーがこのように車両１を操作し続けると仮定する理由はなく、また、この経路２２は、車両１の経路の信頼できる予測ではないことが分かる。

図６を参照すると、再び、道路２の走行車線６に沿って走行する車両１が示され、車両１の前方に道路２が比較的鋭利な右カーブ１１を描いている。さらなる車両１４が、車両１の前方で通常の走行車線６を走行している。分岐路２３は、車両１の前方で道路２から左方に延びている。ドライバーは、図６に示される瞬間に、車両１に左方操舵を加え始めたばかりである。

本発明の一実施形態によれば、車両１は、車両１の不可避の現在の動作が継続する第１段階８を含む経路に追従すると予測される。車両の予測軌道の第２段階９では、ドライバーによって印加された左方操舵が有効となり、車両は左に進み、分岐路２３に合流する。

次に、予測経路の第３段階１０において、ドライバーは車両１のコースへのその後の修正を行い、車両を分岐路２３の通常の走行車線６内に保つ。

これは、図６に示された瞬間の状況を考慮すると、車両１の経路の可能性のあるもっともらしい近似であることが分かる。

検出された現在の速度およびヨーレートにのみ基づいた車両１の予測軌道を示すさらなる線２４が図６に示されている。この経路２４は、他の車両１４の位置と交差し、したがって、車両１がさらなる車両１４と衝突するという予測を表すことが分かる。

図６には、車両１のドライバーが道路１の通常の走行車線６に車両を維持しようと試みるであろうと判定された場合の予測経路を示す他の線２５が示されている。再度、この経路２５は、さらなる車両１４の位置と交差する。

車両１の現在の操舵動作がより長い時間持続すると予測された場合の車両の予測経路を示す別の線２６が示されている。この経路に続いて、車両１は分岐路２３に曲がるが、続いて分岐路２３の左側をオーバーステアして出て行くことが分かる。したがって、これらの別の経路２４、２５、２６は、車両の将来位置の信頼できる予測を表さない。

図７を参照すると、さらなるシナリオが示されている。再び、車両１は道路２に沿って走行しており、車両１の前方に比較的鋭利な右カーブ１１を有する。

車両１の前方の道路２の通常の走行車線６には、さらなる通常の車両１４が走行している。車両１は、比較的高速で運転されており、さらなる車両１４よりも速く走行している。

棒、柱または木のような路側物２７が、左側の道路２の横にある。図７に示される瞬間に、ドライバーは、車両１を左に（すなわち、反時計回りに）回転させるために、車両１に比較的急な操舵を印加し始めている。

このシナリオを生じさせる１つの可能な状況のセットでは、ドライバー１は、車両１がさらなる車両１４よりも著しく速く走行しており、回避行動をとるように車両を本能的に操縦していることを知っていただけである可能性がある。

前の実施形態の場合と同様に、経路予測モジュールは、車両１の現在の動作が継続する第１段階８を含む経路に車両１が追従することを予測する。予測経路はまた、ドライバーの現在の操舵動作が有効となる第２段階９を含む。

軌道の第２段階９が路側物２７と交差しており、したがって車両１は路側物２７と衝突するであろうとの予測を示していることが分かる。

経路予測モジュールはまた、車両のドライバーが車両１を通常の走行車線６に戻し、車線６に沿って継続しようと試みる第３段階１０を予測する。しかしながら、予測の実際的な効果は、車両１が第２段階９の間または後で路側物２７と衝突することであり、したがって車両１は突然停止し、予測の第３段階１０には続かないことを、当業者は理解するであろう。

この予測に基づいて、路側物２７との衝突を避けるための試みの中で、車両１のプロセッサは、能動的制動および／または操舵措置を行うことができる。代替的または追加的に、路側物２７との予測される衝撃から生じる可能性のある危害を最小にするために、シートベルトプレテンショナおよびエアバッグなどの１以上の安全構成を作動させることができる。

また、図７には、継続する車両の現在の動きのみに基づいたさらなる線２８が含まれている。この線２８は、車両１がさらなる車両１４と衝突するであろうことを予測するが、車両１が左折して路側物２７と衝突することを予測できないことが分かる。木または柱などの静止した狭い構造物との衝突は、同じ方向に（したがって相対的にはるかに低い速度で）走行し、はるかに広い障害物を提示し、ぺしゃんこにするゾーンを含んでいる車両の後部に衝突するよりもはるかに危険であるので、この差は重要である。したがって、このさらなる線２８は、状況の重大さを過小評価する傾向がある。

図７の別の線２９は、ドライバーが車線６内の通常のドライバーを道路２で単に追うと仮定した場合の予測経路を示す。再び、この経路は、車両１がさらなる車両１４と衝突するであろうことを予測するが、車両１が路側物２７に衝突することは予測されない。

上述の例から、車両の可能性のある経路を計算するための他の潜在的なアプローチと比較して、本発明の実施形態は、現実的かつ信頼できる近似的な将来の車両軌道を提供することが分かる。

好ましい実施形態では、車両の可能性のある経路は、（例えば、車両の処理ユニットの各サイクル中に）定期的に予測され、約５０ｍｓとすることができるが、あるいはまた、例えば、毎秒または１０分の１秒毎であってもよい。予測される将来の軌道が、車両１の１以上の安全システムを起動しなければならないことをいつでも示す場合、適切な安全システムの起動は、計算された将来の軌道に基づいて行われる。

いくつかの実施形態では、車両が軌道の第２または第３段階の間に危険な状況に遭遇すると予測される場合、可逆的拘束システム（例えば、電動シートベルトプリテンショナー）のみを作動させることができる。これは、軌道の第２および第３の予測段階に関連する確実性のレベルが、第１段階に関連するものよりも低いためである。対照的に、予測経路が、軌道の第１段階の間に車両が危険な状況に遭遇する可能性があることを示す場合、不可逆的拘束システム（例えば、エアバッグまたは点火式シートベルトプリテンショナー）を作動させることができる。

同様に、予測軌道が、軌道の第２または第３段階の間に車両が危険な状況に遭遇することを示す場合、ドライバーに１以上の警告（例えば、当該技術分野で知られているような視覚、聴覚、または触覚警告）を提供することができるが、能動的制動または操舵は作動されない。しかしながら、車両が軌道の第１段階中に危険な状況に遭遇すると予測される場合、能動的制動および／または操舵をトリガさせてもよい。

上述したように、また図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態では、予測軌道は、第１の期間の間に計算された不可避の動作を含み、この不可避の動作は１００％の重み付けを与えられ、（第１段階のすぐ後に続く）軌道の第２段階は、現在の操舵動作に基づいて計算された動作を含み、軌道のこの部分は再び１００％の重みを与えられる。

図８を参照すると、代替の一実施形態が示されている。時間線は、時間経過に伴う軌道の様々な予測段階に与えられる重み付けを表す。図８に示されるダイアグラムの左側で、初期時間は予測が行われた時間であり、これはＴ_０で示される。

上述したように、（初期時間Ｔ_０から第１時間Ｔ_１までの）第１期間にわたる軌道は、車両の計算された不可避の動作であると判定され、これは１００％の重み付けを与えられる。

この第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間に、予測経路は、ドライバーの現在の操舵動作に基づいて予測された不可避の動作と計算された動作との重ね合わせまたは組み合わせである。第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間の時間の間、回避可能な動作に基づく第１の軌道の重み付けは次第に減少し、それに応じて現在の操舵動作に基づく軌道の重み付けが増加する。図８に示される実施形態では、第１時間と第２時間との間において、不可避の動作に応じた重み付けは１００％から０％まで直線的に減少し、現在の操舵動作に基づいて計算された動作に応じた重み付けは０％から１００％まで直線的に増加する。したがって、第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間の時間の間、予測軌道は、不可避の動作に基づいて計算された軌道と、現在の操舵動作に基づいて計算された軌道との重み付きの重ね合わせであり、これら２つの寄与する軌道段階の重み付けは、時間とともに変化することが分かるだろう。

代替の実施形態では、２つの成分の重み付けは、単純に線形ではなく異なる方法で変化してもよく、当業者はこれをどのように実装し得るかを理解するであろう。これらの重み付けは、特定の車両製造業者モデルの動作特性に合うように調整または調節されてもよいことが理解され、当業者には、これらの曲線が必ずしも直線的である必要はないことも理解できる。

第２時間Ｔ_２から第３時間Ｔ_３まで、計算された軌道は、現在の操舵動作に基づいて計算された動作であると判定され、この軌道は１００％の重みを与えられる。

したがって、図８に示される例では、予測された軌道が第１段階から第２段階に変化すると、計算された軌道は、２つの計算された軌道が互いに重ね合わされるオーバーラップ領域を含むことができ、予測された軌道が第１段階から第２段階に急激に切り替わる図２に示される構成ではないことが分かる。

図９を参照すると、第１段階と第２段階との間の遷移ゾーンと、第２段階と第３段階との間の同様の遷移ゾーンを含む、第１段階から第３段階に延びる時間線が示されている。

特に、初期時間Ｔ_０から第１時間Ｔ_１までの第１期間の間、計算された軌道は、車両の不可避の動作に基づく計算された動作のみを含む。次に、第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間に、第１段階と第２段階との間の重み付けられた遷移ゾーンが生じる。これには、第２時間Ｔ_２と第３時間Ｔ_３との間の期間が続き、ここで、計算された軌道は、第２段階、すなわち現在の操舵動作に基づいて計算された軌道のみに基づく。これに続いて、第３時間Ｔ_３と第４時間Ｔ_４との間に、現在の操舵動作に基づく予測軌道と、ドライバーが走行車線に追従しようとするであろうという仮定に基づく予測された軌道との重ね合わせである遷移段階が生じる。

この遷移ゾーンに続いて、第４時間Ｔ_４から少なくとも第５時間Ｔ_５まで、軌道は、ドライバーが走行車線に追従する動作をとることに基づく軌道の第３段階に完全に基づいている。

最後に図１０を参照すると、車両の全体的な予測経路を構成するための様々な予測軌道の重み付けのためのさらなるスキームが示されている。

再び、初期時間Ｔ_０から第１時間Ｔ_１までの第１期間において、予測軌道は、全体的に第１予測段階に基づく。

第１時間Ｔ_１と第２時間Ｔ_２との間に、第１段階の寄与は直線的に減少し、第２段階の寄与は直線的に増加する。

第２時間Ｔ_２において、第１段階の寄与がゼロに達する前に、第３段階からの寄与が導入され、直線的に増加する。

第３時間Ｔ_３では、第１、第２、および第３段階はすべて経路全体に寄与する。この段階では、第２段階は最大重み付け（この実施形態では約５０％の重み付け）を行い、第１および第３軌道は各々重み付けをより小さくし、この実施形態ではそれぞれ２５％としている。

第２段階の寄与は、第３時間Ｔ_３で最大に達する。第３時間Ｔ_３の後、第２段階の寄与は直線的に減少し始める。第４時間Ｔ_４では、第１段階の寄与はゼロになり、予測軌道は、第２段階（寄与分が直線的に減少する）と第３段階（寄与分が直線的に増加する）との加重組み合わせである。

第５時間Ｔ_５において、第２段階の寄与はゼロになり、予測軌道は全体的に第３段階に基づく。これは少なくとも第６時間Ｔ_６まで続く。

当業者であれば、図８、図９、および図１０に示されているものなどの重み付けされた軌道が車両のためのより滑らかな全体的な予測経路を生成することを理解するであろう。このようにして計算された予測経路はまた、より現実的である可能性が高い。現実のシナリオでは、車両は第１の期間に回避可能な動作をする可能性は低く、その後車両の動作は現在の操舵動作に基づく動作に置き換えられて、直ちに停止するであろう。したがって、図２に示される構成は、堅牢で単純なアプローチを表す（例えば、必要な処理パワー／時間を最小限に抑えるため、いくつかの状況では好ましい可能性がある）が、図８、図９、および図１０に示されるような実施形態は、より現実に近い車両の将来の予測経路を表す可能性が高い。

当業者であれば、本発明の実施形態は、車両の乗員（および歩行者のような潜在的に他の人）を保護するための適切な安全システムの起動を可能にするが、車両安全システムの偶発的または不適切な起動のリスクを最小限に抑える、車両の将来の可能性のある経路の有用で正確な近似を提供することを理解するであろう。

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含み（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」およびそれらの変形は、特定の構成、工程、または整数が含まれることを意味する。これらの用語は、他の構成、工程、または構成要素の存在を排除するものと解釈されるべきではない。

特定の形態の中で、または該当する場合に、開示された機能を実行するための手段、または開示された結果を達成するための方法またはプロセスに関して表現された、上記の説明、または以下の特許請求の範囲、または添付の図面に開示される構成は、本発明をその多様な形態で実現するために、別々に、またはそのような構成の任意の組み合わせで利用することができる。

本発明の様々な構成および利点は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (13)

1. 車両の経路を予測する方法であって、
   前記車両の速度、方向、およびヨーレートを検出する工程と、
   前記車両の操舵角を検出する工程と、
   前記車両の近くの走行車線または前記車両が走行している走行車線を検出する工程と、
   現時点から第１の期間において、前記検出された速度、方向、およびヨーレートに基づいて予測された軌道を含む第１の経路予測を計算する工程と、
   前記第１の期間の後の第２の期間において、前記操舵角の変化に起因する操舵動作が有効になった際の第２の経路予測を計算する工程と、
   前記第２の期間の後の第３の期間において、前記車両のドライバーが前記車両の前記軌道を制御して前記走行車線に追従した場合の第３の経路予測を計算する工程と、
   前記第１、第２、および第３の経路予測をこの順番で合成して合成予測経路を定式化する工程とを含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１、第２、第３の経路予測はそれぞれ、時間で変化する第１、第２、第３の寄与重みによって前記合成予測経路に寄与する、請求項１に記載の方法。
3. 前記合成予測経路を定式化する際に、前記第１の経路予測のみが前記第１の期間の間に使用され、および／または、前記合成予測経路を定式化する際に、前記第２の経路予測のみが前記第２の期間の間に使用される、および／または、前記合成予測経路を定式化する際に、前記第３の経路予測のみが前記第３の期間の間に使用される、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の経路予測は、
   ｄ）現在の検出された方向に継続する、または、
   ｅ）前記検出されたヨーレートで前記検出された方向に対して回転を続ける、または、
   ｆ）前記検出されたヨーレートの変化率で変化し続けるヨーレートで前記検出された方向に対して回転を続ける、および、
   ｄ）現在の検出された速度で継続する、または、
   ｅ）前記検出された加速／減速率で前記検出された速度に対して加速／減速を継続する、または、
   ｆ）前記検出された加速／減速の変化率で変化し続ける加速度／減速度で前記検出された速度に対して加速／減速を継続する、前記車両を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の期間は、前記車両の操舵遅れに対応する期間の後に開始するように計算され、および／または、前記第３の期間は、前記ドライバーの反応時間に対応する第１の期間と、前記車両の操舵遅れに対応する第２の期間との合計の後に開始するように計算される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１、第２、または第３の期間のうちの少なくとも１つの時間において、前記合成予測経路は、前記第１、第２、および第３の経路予測のうちの２以上の組み合わせに基づいて算出される、請求項２に記載の方法。
7. 前記第１の期間と前記第２の期間が部分的にオーバーラップする第１の遷移期間において、
   前記合成予測経路は、前記第１の経路予測と前記第２の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づいて算出される、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の期間と前記第３の期間が部分的にオーバーラップする第２の遷移期間において、
   前記合成予測経路は、前記第２の経路予測と前記第３の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づいて算出される、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記第１の期間と、前記第２の期間と、前記第３の期間とが部分的にオーバーラップする第３の遷移期間において、
   前記合成予測経路は、前記第１、第２、および第３の経路予測のそれぞれの寄与重みに従った組み合わせに基づいて算出される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 該当する場合は、前記第１、第２、または第３の遷移期間の間に、前記各経路予測の前記寄与重みが経時的に変化する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記合成予測経路に基づいて、前記車両が危険な状況に遭遇する、またはそうなる可能性が高いと判断された場合に、１以上の車両安全システムを作動させる工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記車両が衝突する可能性がある前記車両の近傍の１以上の物体を検出する工程をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の工程のすべてを実行するように適合されたコンピュータプログラムコードを含む前記コンピュータプログラム。

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