JP6797472B2 - 車両システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されてこの車両を自動運転から手動運転に切り替える車両システムに関する。

従来から、自動運転からマニュアル操作による運転（手動運転）に切り替える際に、ステアリング、アクセルペダル、シフトレバー、ブレーキペダルを走行状態に合わせた適切な位置に動かすとともに各インジケータによってそれぞれの位置を表示した後に、これらのステアリング等にかけていた力を一定の時間をかけて減らす一方で運転者が徐々に力を加えることでそれらの位置を維持できたときに、運転者が適正な運転をすることができると判定するようにした自動運転制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この自動運転制御装置によれば、自動運転を解除した時点に対応するステアリングの操舵角やアクセルペダルの角度等を維持することが可能となる。

特開２００７−１９６８０９号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された自動運転制御装置では、自動運転を解除した際の走行状態に合わせたハンドルの操舵角やアクセルペダルの角度等を運転者の操作によって実現することはできるが、これだけでは運転者は手動運転に対する勘が戻らず、走行状態が不安定になる恐れがあるという問題があった。例えば、ハンドルの操舵角を維持することで、車両を曲率半径が一定のカーブをそのまま走行することができるが、カーブの曲率半径が変化したときには、運転者自身がハンドルを回して車両の向きを変える必要がある。しかし、どの程度ハンドルを回したときにどの程度車両の向きが変わるかは、運転者の過去の経験に基づいて判断しなければならず、実際に手動運転に切り替えた直後はその判断を正確に行うことは難しい。同様に、アクセルペダルの角度を維持することで、車速を維持することができるが、アクセルペダルやブレーキペダルの角度を変えて車速を変化させようとすると、どの程度角度を変えたときに車速がどの程度変化するかは、運転者の過去の経験に基づいて判断しなければならず、実際にマニュアル操作による運転に切り替えた直後はその判断を正確に行うことは難しい。自動運転以外の通常の運転であれば、自宅車庫や店舗駐車場等から自車両を発進させる際にハンドル操作等を行いながら車速が徐々に上昇するため、速やかに運転者が勘を取り戻すことができるが、ある車速で走行中の状態でハンドル操作等を開始（再開）する場合には操作に慣れる期間がまったくないことになるため、運転者が勘を取り戻すまでは走行状態が安定しないおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、自動運転から手動運転（マニュアル操作による運転）に切り替えた際に車両の走行状態が不安定になることを防止することができる車両システムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両システムは、車両を自動運転する自動運転手段と、車両を運転する運転者の前方に表示画面が配置されている表示手段と、車両のハンドル、アクセル、ブレーキを含む操作手段を運転者が操作したときに、運転者の視点位置から前方に見える物体を模擬的に再現した模擬走行コースを表示画面に表示する運転シミュレータ手段と、運転シミュレータ手段によって表示された模擬走行コース上を運転者が操作手段を操作して走行した後に自動運転手段による自動運転を解除し、運転者による操作手段の操作内容を反映した手動運転に切り替える切替手段とを備えている。

自動運転中であって手動運転に切り替える前に、実際のハンドル、アクセル、ブレーキ等を操作して模擬走行コース上を疑似的に走行することができるため、ハンドル操作等を伴う運転に対する勘を取り戻すことができ、自動運転に切り替えた後に車両の走行状態が不安定になることを防止することが可能となる。

また、上述した運転シミュレータ手段において再現される操作手段の操作内容と模擬走行コースを走行する仮想車両の挙動との関係は、手動運転に切替後の実走行における操作手段の操作内容と実車両の挙動との関係と同じに設定されている。具体的には、上述したハンドルの回転角と操舵角との関係、アクセルペダルの踏込状態と速度および加減速度との関係が、模擬走行コースを走行する仮想車両と実車両とで同じに設定されていることが望ましい。これにより、ハンドルを回したりアクセルペダルを踏み込んだりした場合などにおける実車両の挙動を手動運転に切り替える前に確認することができ、確実に運転の勘を取り戻した後に手動運転に切り替えることができる。

また、車両位置を検出する車両位置検出手段と、建物を含む施設情報と道路情報とを含む地図情報を取得する地図情報取得手段とをさらに備え、運転シミュレータ手段は、車両位置検出手段によって検出された車両位置と、地図情報取得手段によって取得された地図情報とに基づいて、自動運転手段による自動運転中に運転者の前方に見える風景に対応する物体を模擬的に再現することが望ましい。これにより、自動運転から手動運転に切り替える際に、模擬走行コース上の走行から実際の道路上の走行へ違和感なく移行することが可能となる。

また、上述した模擬走行コース上を走行中の仮想車両の速度をその時点における実車両の速度に合わせるように、アクセルペダルの角度の増減を表示および音の少なくとも一方を用いて指示する操作補助手段をさらに備えることが望ましい。これにより、自動運転から手動運転に切り替える際に、速度がふらつくことがないアクセル角度を正確に維持することが可能となる。

また、上述した運転シミュレータ手段は、模擬走行コースを運転者が操作手段を操作して走行中に、操作手段の操作内容の変更を伴う所定の運転課題を提供することが望ましい。具体的には、上述した運転課題は、模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題と、他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題と、模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題の少なくとも一つが含まれることが望ましい。これにより、模擬走行コースを走行中の運転者に強制的にハンドル操作等を行わせることができ、車両の走行状態が不安定になる要因に着目した対策を講じることが可能となる。

一実施形態の車載システムの構成を示す図である。 自動運転中に手動運転に切り替える際の動作手順を示す流れ図である。 再現コースあるいは練習用コースにおいて運転者の前方に見える風景としての表示例を示す図である。 模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題を示す図である。 模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題と他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題を示す図である。 自動運転中に手動運転に切り替える際の動作手順の変形例を示す流れ図である。 操作補助動作の具体例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車載システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の車載システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車載システムは、自動運転装置１０、ナビゲーション装置１２、信号生成部１４、運転切替装置２０、ハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４、操作部４６を備えている。

自動運転装置１０は、ナビゲーション装置１２によって設定された走行経路に沿って自車両の自動運転を行う。ナビゲーション装置１２は、格納している（あるいは、通信によって外部から取得した）地図情報を用いて、このナビゲーション装置１２が搭載された車両（自車両）の走行を案内するナビゲーション動作を行う。このナビゲーション動作には、利用者によって指定された目的地までの最適な走行経路を設定する経路探索動作が含まれている。設定された走行経路のデータは自動運転装置１０に入力される。

なお、本実施形態では、レベル３あるいはレベル４の自動運転を想定している。また、自動運転を実現する具体的な手法については本発明の内容と直接関係がないため、具体的な説明は省略するが、現時点あるいは今後実現される各種の技術を用いた自動運転に本発明を適用することができる。

信号生成部１４は、手動運転時のハンドル操作、アクセルペダル操作、ブレーキペダル操作等の操作内容に対応する各種操作信号を生成する。また、信号生成部１４は、自動運転中は、自動運転装置１０による自動運転動作に対応して、手動運転時に生成する操作信号と同等の操作信号を生成する。これらの操作信号は、エンジンＥＣＵ（図示せず）等に入力され、車両の走行に必要な操舵角制御やエンジン制御、ブレーキ制御などが行われる。

運転切替装置２０は、自動運転装置１０による自動運転と、ハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等を運転者自身が操作して自車両を運転する手動運転とを切り替える際の制御を行う。このために、運転切替装置２０は、切替制御部２２、運転シミュレータ２４、表示装置２６、車両位置検出部２８、地図情報取得部３０、操作補助部３２を含んで構成されている。

切替制御部２２は、所定のタイミングで自動運転と手動運転とを切り替える。本実施形態では、運転シミュレータ２４によって表示された模擬走行コース上を運転者がハンドル４０やアクセルペダル４２等を操作して疑似的に走行した後に自動運転が解除され、運転者によるハンドル４０やアクセルペダル４２等の操作内容を反映した手動運転に切り替えるが、この一連の動作手順が切替制御部２２による制御によって行われる。

運転シミュレータ２４は、自動運転時に、自車両の運転と切り離されたハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等（これら以外に、シフトレバーやウインカースイッチなどを含めるようにしてもよい）を運転者が操作したときに、運転者の視点位置から前方に見える物体を模擬的に再現した模擬走行コースを表示装置２６の表示画面に表示する運転シミュレーションを行う。この模擬走行コースは、運転者の前方に配置される各種の物体（道路や建物等を含む三次元オブジェクト）を、運転者の目の位置を視点位置として透視投影変換することにより得られる二次元画像である。仮想的な自車両（仮想車両）の位置が変化すると視点位置から見える三次元オブジェクトが変化するため、運転者は、模擬走行コースに沿って自車両が走行しているような臨場感を得ることができる。

また、運転シミュレータ２４において再現されるハンドル４０やアクセルペダル４２等の操作内容と模擬走行コースを走行する仮想車両の挙動との関係は、手動運転に切替後の実走行におけるハンドル４０やアクセルペダル４２等の操作内容と実車両の挙動との関係と同じに設定されている。例えば、ハンドル４０の回転角と車両の操舵角との関係、アクセルペダル４２の踏込状態と車両の速度および加減速度との関係が、模擬走行コースを走行する仮想車両と実車両とで同じに設定されている。

また、運転シミュレータ２４は、模擬走行コースを運転者がハンドル４０やアクセルペダル４２等を操作して走行中に、ハンドル４０やアクセルペダル４２等の操作内容の変更を伴う所定の運転課題を提供する。例えば、この運転課題には、模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題や、他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題や、模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題の少なくとも一つが含まれている。

表示装置２６は、運転席に着座した運転者の前方に設置された表示画面を有し、運転シミュレータ２４によって生成された模擬走行コースを表示画面に表示する。この表示画面は、運転者の前方のフロントガラスの一部を用いる場合が考えられるが、運転者の前方のインパネ（インストルメントパネル）内に設けるようにしてもよい。

車両位置検出部２８は、自車両の位置を検出する。車両位置検出部２８としては、例えば、自車位置を検出するＧＰＳ装置を用いる場合や、ジャイロセンサや車速センサ等の自律航法センサを用いる場合や、これらを組わせる場合などが考えられる。地図情報取得部３０は、建物を含む施設情報と道路情報とを含む地図情報を取得する。なお、車両位置検出部２８と地図情報取得部３０の動作は、ナビゲーション装置１２の動作と重複するため、車両位置検出部２８と地図情報取得部３０を省略してナビゲーション装置１２から同種の情報を得るようにしてもよい。

操作補助部３２は、模擬走行コース上を走行中の仮想車両の速度をその時点における実車両の速度に合わせるように、アクセルペダル４２の角度の増減を表示と音を用いて指示する操作補助動作を行う。

運転シミュレータ２４は、車両位置検出部２８によって自車両の位置および向き（自車両の進行方向）が検出されると、運転者の前方に見える各種の物体の形状等を、地図情報取得部３０によって取得した地図情報を用いて再現することができる。

上述した自動運転装置１０が自動運転手段に、表示装置２６が表示手段に、ハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４が操作手段に、運転シミュレータ２４が運転シミュレータ手段に、切替制御部２２が切替手段に、車両位置検出部部２８が車両位置検出手段に、地図情報取得部３０が地図情報取得手段に、操作補助部３２が操作補助手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車載システムはこのような構成を有しており、次に、その動作を説明する。

図２は、自動運転中に手動運転に切り替える際の動作手順を示す流れ図である。切替制御部２２は、自動運転装置１０による自動運転中か否かを判定する（ステップ１００）。自動運転でない場合には否定判断が行われ、この判定が繰り返される。

また、自動運転中の場合にはステップ１００の判定において肯定判断が行われる。次に、切替制御部２２は、運転シミュレータ２４の動作を開始するか否かを判定する（ステップ１０２）。本実施形態では、自動運転を終了して手動運転に切り替わる前に運転シミュレータ２４を用いた運転シミュレーションを行うことを想定している。例えば、自動運転の終了時刻が予測可能な場合に、この終了時刻よりも所定時間前の時刻に達したときに、「運転シミュレーションを開始してください」などの運転シミュレーションの開始を促す表示や音声出力による通知を行い、この通知に応じて運転者が操作部４６を操作して開始を指示する場合が考えられる。運転者によってこのような指示が行われるまでステップ１０２の判定において否定判断が行われ、ステップ１００に戻って自動運転に関する判定が繰り返される。

また、運転者によって開始が指示されると、ステップ１０２の判定において肯定判断が行われる。次に、運転シミュレータ２４は、運転者の視点位置から前方に見える物体を模擬的に再現した模擬走行コースを表示装置２６の表示画面に表示するとともに、運転者によるハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等の操作内容に応じて、この模擬走行コースに沿って仮想車両を走らせる運転シミュレーションを行う（ステップ１０４）。

ところで、運転シミュレーションにおいて表示される模擬走行コースとしては、その時点において自動運転により走行している道路において運転者の前方に実際に見える景色や道路を再現する場合（この場合の模擬走行コースを「再現コース」と称するものとする）と、実施に見える景色とは関係ない仮想的な風景や道路を用いる場合（この場合の模擬走行コースを「練習用コース」と称するものとする）が考えられる。練習用コースおよび再現コースのどちらを用いても、手動運転に切り替えた際の運転者の勘を取り戻すための役に立つと考えられるが、最初に練習用コースを用いて運転に慣れさせ、次に再現コースを用いて手動切替時の違和感をさらに少なくすることが望ましい。

図３は、再現コースあるいは練習用コースにおいて運転者の前方に見える風景としての表示例を示す図である。

また、運転シミュレータ２４は、練習用コース（あるいは再現コース）において、模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題や、他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題や、模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題を運転者に対して提供することが望ましい。

図４は、模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題を示す図である。この例では、カーブした道路を含む前方の風景の表示とともに、「ハンドルをもう少し廻して下さい。ブレーキを踏んで下さい。」という指示が、表示および音声で出題される。運転者はこの出題内容に応じたハンドル操作やブレーキ操作を正しく行うことにより、この課題をクリアすることができる。運転の勘が戻っていない運転者が急なハンドル操作やブレーキ操作を行うとこの課題がクリアできず、再度同じ課題が出題される。

図５は、模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題と他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題を示す図である。この例では、最初に、複数車線ある道路を含む前方の風景の表示とともに、「左側を走行してください。」という指示が、表示および音声で出題される。その後、右折待ちのときに対向車線に他の車両がいる前方の風景の表示とともに、「対向車がいます。気を付けてください。」という指示が、表示および音声で出題される。出題通りに仮想車両を左側に寄せて走行させ、その後、対向車線の他の車両の通過を待って右折することにより、これらの課題をクリアすることができる。これらの課題がクリアできなかった場合には、再度同じ課題が出題される。

運転シミュレータ２４を用いた運転シミュレーションを行った後、切替制御部２２は、自動運転装置１０に指示を送って自動運転を終わらせるとともに、ハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等の操作内容を信号生成部１４に入力することにより、手動運転に切り替える（ステップ１０６）。なお、この切り替えは、運転者が操作部４６を用いて切替の実行を承認する所定の操作を行った後に行ったり、切替制御部２２が運転者に対して切替を実施する旨を表示や音声で通知した後に行ったりする場合が考えられる。また、手動運転への切り替えは、切替直前の自動運転時の車両の挙動（向きや速度等）を、運転シミュレーションにおいて再現した状態（同じ向きおよび速度等）で行われる。

このように、本実施形態の車載システムでは、自動運転中であって手動運転に切り替える前に、実際のハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等を操作して模擬走行コース上を疑似的に走行する運転シミュレーションを行うことができるため、ハンドル操作等を伴う運転に対する勘を取り戻すことができ、自動運転に切り替えた後に車両の走行状態が不安定になることを防止することが可能となる。

特に、運転者は、運転シミュレーションにおける仮想車両の速度や向きを、切替直前における実車両の速度や向きと同じになるようにすることで（風景が流れる様子を合わせることにより、容易にこれらを同じにすることができる）、自動運転から手動運転に切り替える際に安定した走行状態を維持することが可能となる。

また、運転シミュレーションにおいて再現されるハンドル４０等の操作内容と模擬走行コースを走行する仮想車両の挙動との関係は、手動運転に切替後の実走行におけるハンドル４０等の操作内容と実車両の挙動との関係と同じに設定されている。具体的には、ハンドル４０の回転角と操舵角との関係や、アクセルペダル４２の踏込状態と速度および加減速度との関係などが、模擬走行コースを走行する仮想車両と実車両とで同じに設定されている。このため、ハンドル４０を回したりアクセルペダル４２を踏み込んだりした場合などにおける実車両の挙動を手動運転に切り替える前に確認することができ、確実に運転の勘を取り戻した後に手動運転に切り替えることができる。

また、自動運転により走行している道路において運転者の前方に実際に見える景色や道路を再現する再現コースとしての模擬走行コースを用いることにより、自動運転から手動運転に切り替える際に、模擬走行コース上の走行から実際の道路上の走行へ違和感なく移行することが可能となる。

また、運転シミュレーションにおいて、模擬走行コースを運転者がハンドル４０等を操作して走行中に、ハンドル４０等の操作内容の変更を伴う所定の運転課題（例えば、模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題、他の仮想車両が走行している模擬走行コース上を走行させる課題、模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題など）を運転者に提供している。これにより、模擬走行コースを走行中の運転者に強制的にハンドル操作等を行わせることができ、車両の走行状態が不安定になる要因に着目した対策を講じることが可能となる。

図６は、自動運転中に手動運転に切り替える際の動作手順の変形例を示す流れ図である。図６に示す動作手順は、図２に示した動作手順に対して、ステップ１０４とステップ１０６の間にステップ１０５の動作を追加した点が異なっている。以下では、この追加されたステップ１０５の動作に着目して説明を行うものとする。

運転シミュレータ２４を用いた運転シミュレーションを行った後（ステップ１０４）であって再現コースを走行中に、操作補助部３２は、模擬走行コース上を走行中の仮想車両の速度をその時点における実車両の速度に合わせるように、アクセルペダル４２の角度の増減を表示と音を用いて指示する操作補助動作を行う（ステップ１０５）。

図７は、操作補助動作の具体例を示す図である。操作補助動作開始時には、図７（Ａ）に示すように、アクセルペダル４２を踏み込むことを示す表示とともに「画を見ながら、踏み込んで下さい。」という音声出力が行われる。運転者によるアクセルペダル４２の踏込が少ない場合には、図７（Ｂ）に示すように、アクセルペダル４２の踏み込みが足りないことを示す表示とともに「あと、もう少し踏み込んで下さい。」という音声出力が行われる。そして、運転者によるアクセルペダル４２の踏み込みが適正量に達すると、図７（Ｃ）に示すように、アクセルペダル４２の踏込量が適正量に達したことを示す表示とともに「はい、その踏み込みを維持してください。速度調整は、これよりドライバに移行します。」という音声出力が行われる。

その後、切替制御部２２は、自動運転装置１０に指示を送って自動運転を終わらせるとともに、ハンドル４０、アクセルペダル４２、ブレーキペダル４４等の操作内容を信号生成部１４に入力することにより、手動運転に切り替える（ステップ１０６）。

このように、自動運転から手動運転に切り替える際に、操作補助動作を行ってアクセルペダル４２の踏込量を適正量に維持することが容易となり、手動運転切替後に速度がふらつくことがないアクセル角度を正確に実現することが可能となる。

上述したように、本発明によれば、自動運転中であって手動運転に切り替える前に、実際のハンドル、アクセル、ブレーキ等を操作して模擬走行コース上を疑似的に走行することができるため、ハンドル操作等を伴う運転に対する勘を取り戻すことができ、自動運転に切り替えた後に車両の走行状態が不安定になることを防止することが可能となる。

１０ 自動運転装置
１２ ナビゲーション装置
１４ 信号生成部
２０ 運転切替装置
２２ 切替制御部
２４ 運転シミュレータ
２６ 表示装置
２８ 車両位置検出部
３０ 地図情報取得部
３２ 操作補助部
４０ ハンドル
４２ アクセルペダル
４４ ブレーキペダル
４６ 操作部

Claims (6)

1. 車両を自動運転する自動運転手段と、
   車両を運転する運転者の前方に表示画面が配置されている表示手段と、
   車両のハンドル、アクセル、ブレーキを含む操作手段を運転者が操作したときに、運転者の視点位置から前方に見える物体を模擬的に再現した模擬走行コースを前記表示画面に表示する運転シミュレータ手段と、
   前記運転シミュレータ手段によって表示された前記模擬走行コース上を運転者が前記操作手段を操作して走行した後に前記自動運転手段による自動運転を解除し、運転者による前記操作手段の操作内容を反映した手動運転に切り替える切替手段と、
   を備え、前記運転シミュレータ手段において再現される前記操作手段の操作内容と前記模擬走行コースを走行する仮想車両の挙動との関係は、手動運転に切替後の実走行における前記操作手段の操作内容と実車両の挙動との関係と同じに設定されていることを特徴とする車両システム。
2. 前記ハンドルの回転角と操舵角との関係、前記アクセルペダルの踏込状態と速度および加減速度との関係が、前記模擬走行コースを走行する仮想車両と実車両とで同じに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両システム。
3. 車両位置を検出する車両位置検出手段と、
   建物を含む施設情報と道路情報とを含む地図情報を取得する地図情報取得手段と、
   をさらに備え、前記運転シミュレータ手段は、前記車両位置検出手段によって検出された車両位置と、前記地図情報取得手段によって取得された地図情報とに基づいて、前記自動運転手段による自動運転中に運転者の前方に見える風景に対応する前記物体を模擬的に再現することを特徴とする請求項１または２に記載に車両システム。
4. 前記模擬走行コース上を走行中の仮想車両の速度をその時点における実車両の速度に合わせるように、前記アクセルペダルの角度の増減を表示および音の少なくとも一方を用いて指示する操作補助手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の車両システム。
5. 前記運転シミュレータ手段は、前記模擬走行コースを運転者が前記操作手段を操作して走行中に、前記操作手段の操作内容の変更を伴う所定の運転課題を提供することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両システム。
6. 前記運転課題は、前記模擬走行コース上でカーブした道路を走行させる課題と、他の仮想車両が走行している前記模擬走行コース上を走行させる課題と、前記模擬走行コース上において走行位置を変更させる課題の少なくとも一つが含まれることを特徴とする請求項５に記載の車両システム。

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