JP7241475B2 - 計算装置、演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、計算装置、および演算方法に関する。

自車両の現在位置を推定し、道路の地図や目的地に至る経路などを画面に表示してドライバに案内を行うカーナビゲーションシステム（以降、カーナビ）が知られている。カーナビにおいて案内用経路を設定する際は、道路をリンクとして、交差点をノードとして扱ったデジタル地図データ（以降、地図データ）を使い、出発地から目的地に至るまでの旅行時間、距離、および燃料消費量などのリンクコストの総和を最小化する経路計算がなされるのが一般的である。このような機能は経路探索機能と呼ばれ、その実現にはダイクストラ法やそれに準ずるアルゴリズムが広く利用されている。カーナビが探索した経路の情報は、画面表示や音声を使ったドライバの誘導だけでなく、自動運転車両が目的地まで自動走行するためにも使われることが想定される。

一方で従来のカーナビは、レーン変更するのが困難な区間を含む経路を探索することがある。たとえば、複数のレーンで構成される本線道路に左側から合流した後、直近交差点までの短い距離を走行する間に複数回右側にレーン移動して、交差点で右折する、といった区間を含む経路である。このような経路は、ドライバを案内する上でも、自動運転車両を制御する上でも、安全性に支障をきたす恐れがあり好ましくない。特許文献１には、自車の進行方向に通行可能なレーン数と前記自車が位置するレーンとを検出するレーン検出手段と、前記自車の進行方向に通行可能なレーンの渋滞度を検出する渋滞度検出手段と、検出された前記レーン数、前記自車が位置するレーンおよび前記渋滞度に基づいて前方交差点での右左折困難度を判定する判定手段と、判定された前記右左折困難度に応じた走行経路を案内する案内手段と、を備えるナビゲーション装置が開示されている。

特開２００７－０１７３９６号公報

特許文献１に記載されている発明では、レーン変更に必要な距離の算出に改善の余地がある。

本発明の第１の態様による計算装置は、車両が第１走行レーンから第２走行レーンへのレーン変更に必要な距離である必要距離を、前記車両がレーン変更を開始できるまで待機する間に前記車両が走行する第１距離と、前記車両の速度を調整する間に前記車両が走行する第２距離と、前記車両がレーン変更を実行中に走行する第３距離との合算により算出する制御部を備える。
本発明の第２の態様による演算方法は、車両が第１走行レーンから第２走行レーンへのレーン変更に必要な距離である必要距離をコンピュータが算出する演算方法において、前記車両がレーン変更を開始できるまで待機する間に前記車両が走行する第１距離と、前記車両の速度を調整する間に前記車両が走行する第２距離と、前記車両がレーン変更を実行中に走行する第３距離との合算により前記必要距離を算出する。

本発明によれば、レーン変更に必要な距離を適切に算出できる。

第１の実施の形態における経路探索システム１の全体構成図 探索テーブル２４４の一例を示す図 経路探索部２３２の動作を示すフローチャート 図３におけるＳ１２０４の詳細を示すフローチャート 図４におけるＳ１３０６の詳細を示すフローチャート レーン変更に必要な距離算出の概要を示す図 第１段階における開始待ち距離Ｌ１の算出方法の一例を示す図 第２段階における速度調整距離Ｌ２の算出方法の一例を示す図 第３段階におけるレーン変更距離Ｌ３の算出方法の一例を示す図 図５におけるＳ１４０７の詳細を示すフローチャート レーン変更に使える距離Ｄ２の算出概要を示す図 図５におけるＳ１４０８の詳細を示すフローチャート 変形例１における変更先レーンの交通密度が極端に大きい場合のレーン変更の動作を示す図 変形例２における変更元レーンの交通密度が極端に大きい場合のレーン変更の動作を示す図 候補経路テーブル２４５の一例を示す図 経路探索部２３２による表示部２１１を用いたユーザへの候補経路の提示の一例を示す図 第３の実施の形態における経路探索システム１Ａの構成図

―第１の実施の形態―
以下、図１～図１２を参照して、本発明に係るナビゲーション装置の第１の実施の形態を説明する。ナビゲーション装置は、出発地から目的地までの経路を探索し、ドライバへの案内や車両の制御を行う。

図１は、第１の実施の形態における経路探索システム１の全体構成図である。経路探索システム１は、車両１００に搭載されるナビゲーション装置２００、車両制御ＥＣＵ３００、およびスイッチ３５０とを備える。なお本実施の形態では、ナビゲーション装置２００を「計算装置」とも呼ぶ。以下では車両１００の運転席に座っている人を「ユーザ」と呼ぶ。車両１００は自動運転モードと手動運転モードとの２つの運転モードを有し、自動運転モードでは車両制御ＥＣＵ３００が車両１００を制御し、手動運転モードではユーザが車両１００を制御する。

ナビゲーション装置２００は、後述するように困難なレーン変更を強いられる区間が含まれにくい経路を算出してユーザへ提示する。またナビゲーション装置２００は、自動運転モードではさらに車両制御ＥＣＵ３００へ算出した経路を出力する。車両制御ＥＣＵ３００は、自動運転モードにおいて動作し、ナビゲーション装置２００から受信した経路に沿って車両１００を走行させる。スイッチ３５０は、自動運転と手動運転を切り替えるスイッチでありユーザにより操作される。スイッチ３５０は、ユーザの操作を示す操作信号を車両制御ＥＣＵ３００に出力する。車載制御ＥＣＵ３００は、スイッチ３５０から操作信号を受信すると、ナビゲーション装置２００にその操作信号を出力する。

ナビゲーション装置２００は、出力部２１０、操作部２２０、制御部２３０、記憶部２４０、センサ２５０、外部通信部２６０、および車両通信部２７０を備える。出力部２１０は、表示部２１１と音声出力部２１２とを備える。表示部２１１は、視覚情報をユーザに提供する装置、たとえばディスプレイである。音声出力部２１２は、音声情報をユーザに提供する装置、たとえばスピーカである。出力部２１０は、制御部２３０の動作指令により動作する。操作部２２０は、ユーザからの操作を受け付けて制御部２３０に伝達する装置、たとえば複数のボタンである。ただし操作部２２０は、表示部２１１と一体にタッチパネルとして構成されてもよい。ユーザはたとえば、操作部２２０を用いて出発地や目的地の設定を行う。

制御部２３０は、中央演算装置であるＣＰＵ、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ、および読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭを備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されるプログラムをＲＡＭに展開して実行することで次の機能を実現する。制御部２３０はその機能として、自車位置推定部２３１と、経路探索部２３２と、経路誘導部２３３と、経路送信部２３４と、交通情報管理部２３５とを有する。制御部２３０が有する機能については後述する。

記憶部２４０は、少なくとも読み出しが可能な記憶装置であるが、格納された情報を更新可能なように不揮発性の書き換え可能なメモリ、たとえばフラッシュメモリであってもよい。記憶部２４０には、地図データ２４１と、車両用パラメータ２４２と、ドライバ用パラメータ２４３と、探索テーブル２４４とが格納される。

地図データ２４１には、エリアごとに分割された地図のエリアの範囲、たとえば緯度や経度の範囲を示すメッシュ情報、それぞれのメッシュに含まれるリンクとノードの識別子、およびリンクとノードの詳細情報が含まれる。リンクの詳細情報には、リンクを通行するコストであるリンクコストを算出するための次の情報が含まれる。すなわち、リンクの通行に要する平均的な時間である平均旅行時間、渋滞や道路工事の情報を含む統計交通情報、通行不可を示す通行規制、高速道路や国道などの種別を示す道路種別、自動運転の可否などのリンク属性情報などを含んでいる。また、リンクに含まれる道路を構成するレーン数やレーンの接続関係、レーン境界線の種別情報など、レーン単位の高精度な情報も含まれる。

車両用パラメータ２４２には、後述する速度調整時の進行方向加速度、およびレーン変更時の横方向加速度が含まれる。車両用パラメータ２４２の値は車両１００の構成によりあらかじめ定められる値であり、たとえば同一車種であれば同一の値が入力され、本実施の形態ではその値は更新されない。ドライバ用パラメータ２４３には、前述の速度調整時の進行方向加速度、およびレーン変更時の横方向加速度に加えて、速度調整時のアクセルペダルとブレーキペダルの踏み込み量、およびレーン変更時のハンドル操作角が含まれる。ドライバ用パラメータ２４３の値は、車両１００を運転するユーザの運転操作により決定される。すなわちドライバ用パラメータ２４３の値はナビゲーション装置２００ごとに異なる。

ドライバ用パラメータ２４３の値は、ドライバがレーン変更を行った際のセンサ情報を基に適宜更新してもよい。車両用パラメータ２４２やドライバ用パラメータ２４３の具体例として、速度調整時の進行方向加速度やアクセル／ブレーキ踏み込み量、レーン変更時の横方向加速度やハンドル操作角などがある。これらのパラメータは、交通速度や交通密度ごとに値を変えてもよい。交通速度および交通密度は走行レーンごとに随時変化する値である。

センサ２５０は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）ユニットなどの測位センサや、ジャイロセンサ、加速度センサなどを含む。外部通信部２６０は、セルラー通信、ＩＥＥＥ８０２．１１に対応する通信、車車間通信、および路車間通信の少なくとも１つの通信が可能な通信モジュールであり、車両１００の外部との通信を行う。

車両通信部２７０は、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、およびＩＥＥＥ８０２．３の少なくとも一方の通信規格に対応する通信モジュールであり、車両１００の内部との通信を行う。車両通信部２７０は、図１に示す車両制御ＥＣＵ３００およびスイッチ３５０だけでなく、車両１００に備えられる不図示のセンサ、たとえば速度計などとも通信を行う。

自車位置推定部２３１は、センサ２５０の情報と、車両通信部２７０から取得した車速情報を用いて、車両１００の位置を推定する。たとえば自車位置推定部２３１は、ＧＰＳユニットから１秒や０．１秒ごとに位置情報を取得し、その位置情報に車両１００の速度と進行方向の積分値を加えることで、最新の位置情報を算出する。経路探索部２３２は、出発地から目的地までの経路を探索する。経路探索部２３２の詳細な動作は後述する。経路誘導部２３３は、経路探索部２３２が算出した経路の情報を出力部２１０に出力する。また経路誘導部２３３は、運転モードが手動運転モードの場合は、経路の情報と自車位置推定部２３１が算出する車両１００の位置とを用いて、ユーザに経路の誘導を行う。

経路送信部２３４は、運転モードが自動運転モードの場合にのみ動作し、経路探索部２３２が算出した経路の情報を車両制御ＥＣＵ３００に出力する。交通情報管理部２３５は、外部通信部２６０を介して車両１００の外部から目的地や最新の交通情報を受信する。交通情報管理部２３５は、受信した交通情報をＲＡＭに保存する。ただし交通情報管理部２３５は、受信した交通情報をそのまま保存するのではなく、経路探索部２３２が利用しやすいように加工した上で保存してもよい。交通情報管理部２３５が受信する交通情報には、車両１００が走行する経路のレーンごとの状況、たとえばレーンごとに渋滞で停滞している車両の位置情報も含まれる。

（探索テーブル２４４）
図２は探索テーブル２４４の一例を示す図である。探索テーブル２４４は、記憶部２４０に格納され、経路誘導部２３３により作成される。探索テーブル２４４は、出発地座標２４４１と、目的地座標２４４２と、リンク属性情報２４４３と、ノード数２４４４と、１以上のノード情報２４４５のフィールドを有する。

出発地座標２４４１および目的地座標２４４２のフィールドには、ユーザが操作部２２０から入力した出発地と目的地の座標が格納される。ただしユーザが目的地を設定した際の車両１００の位置を出発地座標２４４１のフィールドに格納してもよい。リンク属性情報２４４３のフィールドには、探索対象に設定されたエリアに含まれる全てのリンクの属性情報が格納される。たとえば探索対象に設定されたエリアにリンクが１００個ある場合は、リンク属性情報２４４３のフィールドには１００個のリンクのそれぞれについての属性情報が格納される。

ノード数２４４４のフィールドには、探索対象に設定されたエリアに含まれるノードの総数が格納される。ノード情報２４４５のフィールドには、それぞれのノードの情報が格納される。探索テーブル２４４に含まれるノード情報２４４５の数は、ノード数２４４４のフィールドに格納される値と同一である。それぞれのノード情報２４４５のフィールドには、あるノード（以下、「対象ノード」と呼ぶ）についての累計コスト２４４６と、確定未完２４４６Ａと、ノードＩＤ２４４７と、直前ノードＩＤ２４４８と、接続リンク数２４４９と、１以上の接続リンク情報２４４Ａとが含まれる。

累計コスト２４４６のフィールドには、経路探索の過程で算出される、出発地から対象ノードまでの累計コストが格納される。ただし累計コストの算出が行われるまでは、計算が行われていないことを示す初期値、たとえば空白やハイフンなどの記号、または非常に大きな値である０ｘｆｆｆｆなどが格納される。確定未完２４４６Ａのフィールドには、対象ノードの累計コストが確定しているか否かが格納される。初期状態では全てのノード情報の確定未完２４４６Ａには確定していないことを示す初期値、たとえば「未」が格納される。ノードＩＤ２４４７のフィールドには、対象ノードの識別子が格納される。直前ノードＩＤ２４４８のフィールドには、探索した経路における対象ノードの直前のノードのノードＩＤが格納される。接続リンク数２４４９のフィールドには、対象ノードに接続するリンクの数が格納される。

接続リンク情報２４４Ａは、接続リンク数２４４９のフィールドに格納された数と同数存在する。それぞれの接続リンク情報２４４Ａには、対象ノードに接続されるいずれかのリンクの情報が格納される。接続リンク情報２４４Ａには、リンクＩＤ２４４Ｂと、隣接ノードＩＤ２４４Ｃとが含まれる。リンクＩＤ２４４Ｂのフィールドには、対象ノードに接続するいずれかのリンクの識別子が格納される。隣接ノードＩＤ２４４Ｃのフィールドには、リンクＩＤ２４４Ｂにより識別されるリンクが接続するノードであって、対象ノードではないノードのノードＩＤが格納される。以上が探索テーブル２４４の説明である。

（ナビゲーション装置２００の動作概要）
ナビゲーション装置２００が経路を探索する一連の流れの概要を説明する。自車位置推定部２３１は短い時間周期、たとえば１秒ごとに、センサ２５０の情報や車両通信部２７０から取得した車速情報などを用いて車両１００の位置を推定する。ユーザが操作部２２０から目的地設定操作を行うと、経路探索部２３２は探索テーブル２４４を更新しながら出発地から目的地までの経路探索を行う。経路探索部２３２は経路探索にたとえばダイクストラ法を利用できる。経路探索部２３２は、地図データ２４１、車両用パラメータ２４２、およびドライバ用パラメータ２４３を参照して経路探索を行う。また経路探索部２３２は、交通情報管理部２３５が外部から受信した交通情報をさらに利用してもよい。

（経路探索部２３２の動作）
図３は、経路探索部２３２の動作を示すフローチャートである。経路探索部２３２は、ユーザが出発地および目的地を入力すると以下に説明する動作を開始する。ただしユーザは出発地を入力せずユーザが目的地を設定した際の車両１００の位置を出発地としてもよい。

まず経路探索部２３２は、設定された出発地および目的地に最も近いリンクを、出発地近傍リンクおよび目的地近傍リンクとして抽出する（Ｓ１２０１）。続いて経路探索部２３２は、経路探索を行うエリアを設定する（Ｓ１２０２）。探索エリアは、たとえば出発地および目的地の両方を包含する矩形領域として設定される。次に経路探索部２３２は、探索エリアに含まれる地図データ２４１を参照して探索テーブル２４４を作成する（Ｓ１２０３）。Ｓ１２０３における探索テーブル２４４は次のとおりである。すなわち出発地座標２４４１および目的地座標２４４２のフィールドは、ユーザの入力がそのまま反映される。リンク属性情報２４４３およびノード数２４４４のフィールドには、Ｓ１２０２において設定したエリアに含まれる全てのリンクの属性情報および全てのノードの数が格納される。それぞれのノード情報２４４５は、累計コスト２４４６、確定未完２４４６Ａ、および直前ノードＩＤ２４４８のフィールドに初期値が入力され、他のフィールドに地図データ２４１から得られた情報が格納される。

続いて経路探索部２３２は、ダイクストラ法などのアルゴリズムを用いて、出発地近傍リンクから目的地近傍リンクに至る累計コストが最小となる経路を計算する（Ｓ１２０４）。経路計算の詳細については後述する。最後に経路探索部２３２は、計算結果である累計コストが最小となる経路を経路誘導部２３３や経路送信部２３４に出力して図３に示す処理を終了する。

（Ｓ１２０４の詳細）
図４は、経路探索部２３２の経路計算、すなわち図３におけるＳ１２０４の詳細を示すフローチャートである。図４では、ダイクストラ法を用いる経路計算を示している。ダイクストラ法では、探索エリアに含まれるそれぞれのノードについて出発地からの累計コストを１つずつ確定させる。累計コストが確定されるノードは出発地近傍ノードが最初であり、累計コストが確定したノードに接続されるノードの累計コストを順次確定させ、目的地近傍ノードの累計コストが確定すると計算終了となる。以下では、累計コストが確定していないノード、換言すると確定未完２４４６Ａのフィールドの値が初期値の「未」のままであるノードを「未確定ノード」と呼ぶ。また累計コストが確定したノード、換言すると確定未完２４４６Ａのフィールドの値が確定を示す情報、たとえば「完」であるノードを「確定ノード」と呼ぶ。前述のように図４に示す処理を開始する時点では、いずれのノードも確定未完２４４６Ａが初期値なので全てのノードが未確定ノードである。

経路探索部２３２はＳ１３０１において、未確定ノードのうち、累計コストが最小であるノードを特定し、そのノードを確定ノードとする。換言すると経路探索部２３２は、累計コストが最小である未確定ノードの確定未完２４４６Ａのフィールドの値を、コストが確定したことを示す情報、たとえば「完」に書き換える。ただしＳ１３０１を初回に実行する場合は、出発地近傍ノードのノード情報２４４５に含まれる累計コスト２４４６にゼロを格納し、確定未完２４４６Ａに「完」を格納する。

以下では、Ｓ１３０１において確定ノードとしたノード（以下、「最新の確定ノード」と呼ぶ）に隣接するノードのそれぞれを処理対象ノードとし、そのすべてに対してＳ１３０３～Ｓ１３１１の処理を実行する（Ｓ１３０２）。Ｓ１３０３では経路探索部２３２は、処理対象ノードが確定済みであるか否かを判断する。経路探索部２３２は、確定済み、すなわち確定ノードであると判断する場合はＳ１３０２に戻り、未確定ノードであると判断する場合はＳ１３０４に進む。Ｓ１３０４では経路探索部２３２は、最新の確定ノードと処理対象ノードとの間のリンクの属性に通行規制が含まれるか否かを判断する。経路探索部２３２はＳ１３０４を肯定判断する場合はＳ１３０２に戻り、否定判断する場合はＳ１３０５に進む。

Ｓ１３０５では経路探索部２３２は、最新の確定ノードと処理対象ノードとを接続するリンクのリンクコストを算出し、算出したリンクコストと最新の確定ノードの累計コスト２４４６との和をＲＡＭに一時的に保存する。リンクコストの算出には、そのリンクの平均旅行時間やリンク属性情報、および外部から受信したそのリンクの交通情報などが考慮される。続くＳ１３０６では経路探索部２３２は、後述するようにレーン変更の難易判定を行う。続くＳ１３０７では経路探索部２３２は、Ｓ１３０６における難易判定の結果が「レーン変更不可」であったか否かを判断する。経路探索部２３２は、難易判定の結果が「レーン変更不可」であったと判断する場合はＳ１３０２に戻り、難易判定の結果が「レーン変更不可」ではなかったと判断する場合はＳ１３０８に進む。

Ｓ１３０８では経路探索部２３２は、Ｓ１３０６における難易判定の結果が「レーン変更困難」であったか否かを判断する。経路探索部２３２は、難易判定の結果が「レーン変更困難」であったと判断する場合は、そのリンクが経路に含まれにくくなるように、Ｓ１３０５においてＲＡＭに記録した累計コストに所定のペナルティコストを加算して（Ｓ１３０９）、Ｓ１３１０に進む。経路探索部２３２は、難易判定の結果が「レーン変更困難」ではないと判断するとＳ１３１０に進む。

Ｓ１３１０では経路探索部２３２は、Ｓ１３０５においてＲＡＭに記録した累計コストが、処理対象ノードの累計コスト２４４６の値よりも小さいか否かを判断する。経路探索部２３２はＲＡＭに記録した累計コストの方が小さいと判断する場合は、探索テーブル２４４の累計コスト２４４６の値をＲＡＭに記録した値に更新し（Ｓ１３３１）、Ｓ１３１２に進む。経路探索部２３２は、ＲＡＭに記録した累計コストが累計コスト２４４６の値以上であると判断する場合は、累計コスト２４４６の値を更新せずにＳ１３０２に戻る。

Ｓ１３１２では経路探索部２３２は、最新の確定ノードに隣接する全てのノードを処理対象としてＳ１３０３～Ｓ１３１１を全て実行したと判断する場合はＳ１３１３に進み、それ以外の場合は処理対象ノードを次の隣接するノードに変更してＳ１３０２に戻る。Ｓ１３１３では経路探索部２３２は、目的地近傍リンクに到達しているか、すなわち目的地近傍リンクの確定未完２４４６Ａの値が確定を示す情報、たとえば「完」であるか、または確定できるノードがないかを判定する（Ｓ１３１２）。経路探索部２３２は、どちらかに該当する場合は図４に示す処理を終了してＳ１２０５に進み、どちらにも当てはまらない場合はＳ１３０１に戻り経路計算を続行する。

（Ｓ１３０６の詳細）
図５は、レーン変更の難易判定、すなわち図４におけるＳ１３０６の詳細を示すフローチャートである。レーン変更の難易判定では経路探索部２３２は、地図データ２４１を参照して、レーン変更が必要か、レーン変更が可能か、およびレーン変更が困難かを判定する。以下では、最新の確定ノードと処理対象ノードとを接続するリンクを「進入リンク」と呼ぶ。

経路探索部２３２はまず、進入リンクに本線道路への合流地点があるかを判定する（Ｓ１４０１）。処理対象ノードから最新の確定ノードの方向にノードを辿り、一定距離、たとえば１ｋｍ以内に本線道路への合流地点があるかを判定する。たとえば、高速道路の場合はランプまたは渡り線が本線道路に接続している地点、一般道の場合は信号機のない交差点で幹線道路に右左折接続している地点を合流と判定する。経路探索部２３２は、合流地点がないと場合は（Ｓ１４０１：ＮＯ）、Ｓ１４１３に進む。経路探索部２３２は合流があると判断する場合は、進入リンクが複数のレーンで構成されているか否かを判断（Ｓ１４０２）する。経路探索部２３２は地図データ２４１に含まれる、進入リンクのレーン数を参照して判定する。経路探索部２３２は進入リンクが複数のレーンで構成されていないと判断する場合はＳ１４１３に進む。

経路探索部２３２は進入リンクが複数のレーンで構成されていると判断する場合は、進入リンクから処理対象ノードに向かう道路が分岐を含むか否かを判定する（Ｓ１４０３）。経路探索部２３２はたとえば、処理対象ノードに接続される進入リンクおよびその他のリンクのなす角度に基づいて分岐を含むか道なりであるかを判定する。経路探索部２３２は分岐を含まないと判断する場合は、「レーン変更不要」と判定して（Ｓ１４１３）、図５に示す処理を終了する。経路探索部２３２は分岐と判定する場合は、合流から分岐までに必要となるレーン変更回数を算出する（Ｓ１４０４）。経路探索部２３２はレーン変更回数を、地図データ２４１に含まれるレーンごとの接続関係情報を用いて、合流時に進入可能なレーンと分岐時に退出可能なレーンの対応関係から算出する。なお、当該区間に対応するレーン変更回数情報を予め地図データ２４１に格納しておき、経路探索部２３２がこれを読み出してもよい。

経路探索部２３２はレーン変更回数をゼロと判断する場合は（Ｓ１４０５：ＮＯ）、Ｓ１４１３に進む。経路探索部２３２は、レーン変更回数が１回以上と判断する場合は（Ｓ１４０５：ＹＥＳ）、レーン変更が通行規制等により禁止されているか否かを判定する（Ｓ１４０６）。経路探索部２３２は、地図データ２４１に含まれるレーン境界線の種別情報を参照して判定する。経路探索部２３２は、レーン変更が禁止されていると判断する場合はＳ１４１０に進む。

経路探索部２３２はレーン変更が禁止されていないと判断する場合は、レーン変更に必要な距離である必要距離Ｄ１（Ｓ１４０７）およびレーン変更に使える距離である走行可能距離Ｄ２（Ｓ１４０８）を算出する。Ｓ１４０７およびＳ１４０８の処理については後述する。経路探索部２３２は、必要距離Ｄ１と走行可能距離Ｄ２を比較して必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも大きいと判断する場合はＳ１４１１に進み、これ以外の場合はＳ１４１２に進む（Ｓ１４０９）。

経路探索部２３２は、Ｓ１４１０では「レーン変更不可」と判断して図５に示す処理を終了する。経路探索部２３２は、Ｓ１４１１では「レーン変更困難」と判断して図５に示す処理を終了する。経路探索部２３２は、Ｓ１４１２では「レーン変更容易」と判断して図５に示す処理を終了する。経路探索部２３２は、Ｓ１４１３では「レーン変更不要」と判断して図５に示す処理を終了する。すなわち図５に示す処理により処理対象ノードを、レーン変更不可、レーン変更困難、レーン変更容易、レーン変更不要、のいずれかに分類する。

（レーン変更に必要な距離Ｄ１の算出概要）
図６は、レーン変更に必要な距離Ｄ１の算出概要を示す図である。本実施の形態では、レーン変更の動作を図６に示すように３段階に分けて考える。第１段階で走行する距離がＬ１、第２段階で走行する距離がＬ２、第３段階で走行する距離がＬ３である。図６に示す例では、自車両１００が第１走行レーンＴＬ１を走行し、隣接する第２走行レーンＴＬ２を他車両７０１が自車両１００よりも少し遅い速度で走行している。なお以下では、レーン変更における変更前の走行レーンを「変更元レーン」とも呼び、レーン変更後の走行レーンを「変更先レーン」とも呼ぶ。なお以下ではナビゲーション装置２００を搭載する車両１００を他の車両と区別する意味で「自車両」１００とも呼ぶ。

自車両１００が第１走行レーンＴＬ１から第２走行レーンＴＬ２へのレーン変更を想定する場合に、他車両７０１の存在により即座にはレーン変更ができない場合を考える。自車両１００はまず第１段階として、変更先の第２走行レーンＴＬ２に十分なスペースが空くまで変更元レーンで待機する。第１段階において走行する距離が「開始待ち距離Ｌ１」である。開始待ち距離Ｌ１は、特に変更先レーンの交通密度が大きい場合に長くなる。

続いて第２段階として、自車両１００の速度を変更先レーンである第２走行レーンＴＬ２の交通速度に合わせる。自車両１００よりも第２走行レーンＴＬ２の交通速度の方が大きい場合は加速し、第１走行レーンＴＬ１の交通速度の方が大きい場合は減速する。この第２段階において加速や減速により変更先レーンの速度に調整する間に走行する距離が「速度調整距離Ｌ２」である。Ｌ２は、変更元レーンおよび変更先レーンの交通速度や、運転主体ごとに異なる加速時や減速時の加速度の大きさにも影響を受ける。

最後に第３段階として、実際にステアリングホイールを操作してレーン変更を実行する。第３段階においてレーン変更中に走行する距離が「レーン変更距離Ｌ３」である。Ｌ３は、主に運転主体ごとに異なるハンドルの切り方（自動運転システムの場合はステアリング制御パラメータなど）により影響を受けると考えられる。

レーン変更に必要な距離は、第１段階～第３段階における開始待ち距離Ｌ１、速度調整距離Ｌ２、レーン変更距離Ｌ３を必要なレーン変更回数分足し合わせることにより算出する。以下では第１段階、第２段階、および第３段階のそれぞれを詳述する。

（レーン変更の第１段階）
図７は、第１段階における開始待ち距離Ｌ１の算出方法の一例を示す図である。変更先の第２走行レーンＴＬ２を走行する、自車両１００に最も近い車両が他車両７０１である。自車両１００は、他車両７０１の中心位置から前後に距離ｄのスペースが空くまで一定の速度で走行する。距離ｄのスペースを空けるために他車両７０１に対して差をつける必要がある距離Ｍは、レーン変更の試みを開始する際、換言すると第１段階の開始時における自車両１００と他車両７０１の位置関係に依存する。

自車両１００の第１段階における交通速度Ｖ１１、第２走行レーンＴＬ２の交通速度Ｖ２、および第２走行レーンＴＬ２の交通密度Ｋ２を考慮して、開始待ち距離Ｌ１の平均的な値を推定する。ここで、交通速度Ｖ１１および交通速度Ｖ２のそれぞれは地図データ２４１より取得した第１走行レーンＴＬ１および第２走行レーンＴＬ２のそれぞれの平均速度より算出した値を用いる。ただし自車両１００は他車両７０１よりも速い、すなわちＶ１１＞Ｖ２の関係にあるとする。また交通密度とは、単位距離当たりに存在する車両の数である。自車両１００がレーン変更を試みる際、自車両と他車両が図７（ａ）の左に示すような位置関係で走行していた場合、この後距離Ｍだけ差がつけば距離ｄのスペースができる。なお距離ｄの値は、経路探索部２３２が保持する固定値、たとえば車両長の平均値を使ってもよいし、変更先レーンの交通速度に応じて車両の停止距離を考慮して設定してもよい。距離Ｍの平均値は以下の式１で表せる。
Ｍ＝２×Ｋ２×ｄ^２ ・・・（式１）

図７（ｂ）を参照して式１を説明する。仮に自車両１００の横およびその前後の距離ｄにわたって他車両７０１が存在しなければ、距離ｄのスペースを空けるために他車両７０１に対して差をつける必要がある距離Ｍはゼロである。これとは逆に、自車両１００が他車両７０１よりも速く他車両７０１が自車両１００よりも距離ｄよりもわずかに短い距離しか先行していない場合は、距離Ｍは２ｄである。すなわち、図７（ｂ）の左に示す三角形のように、自車両１００と他車両７０１の相対位置により距離Ｍは、自車両１００と他車両７０１の相対位置により定まる。そして距離Ｍはいわば、三角形の面積を他車両７０１の存在確率で平均化したものである。１つの三角形の面積が２ｄ^２であり他車両７０１の存在確率、すなわち交通密度がＫ２なので、距離Ｍは上記の式１により表される。

ここで交通密度Ｋ２は、経路探索部２３２が交通情報管理部２３５から取得した交通状況に含まれる値を使う。また、交通情報管理部２３５から取得する代わりに、地図データ２４１に格納された統計交通情報に含まれるとしてもよい。もし、交通情報管理部２３５から取得した交通状況または地図データ２４１に格納された統計交通情報に、交通密度ではなくある地点における単位時間当たりの通過車両台数である交通量の情報が含まれていた場合は、次のように間接的に交通密度を求めることもできる。すなわち、一般に交通量Ｑ＝交通密度Ｋ×交通速度Ｖが成り立つことを用いて、交通密度Ｋを算出する。なお、取得した交通状況または統計交通情報がレーン単位の情報となっていればそのまま用いることができ、道路単位の情報となっていれば道路のレーン数を用いてレーンごとの交通密度を求める。

自車両１００と他車両７０１が距離Ｍだけ差がつくまでに要する時間Ｔ１は以下の式２で表せる。
Ｔ１＝Ｍ ／｜Ｖ２－Ｖ１１｜ ・・・（式２）

ここで交通速度Ｖ２は、経路探索部２３２が交通情報管理部２３５から取得した交通状況に含まれる値を使う。また交通速度Ｖ２は、地図データ２４１に格納された統計交通情報に含まれるとしてもよい。なお、取得した交通状況または統計交通情報がレーン単位の情報となっていればそのまま用いることができ、道路単位の情報となっていれば道路のレーン数を用いてレーンごとの交通速度を求める。さらに、走行車線と追い越し車線で速度が異なることを考慮して、道路単位の情報を解釈する際にレーンごとに交通速度に差を設けてもよい。

そのため、時間Ｔの間にわたって、自車両１００が交通速度Ｖ１１で速度を変えず走行すると考えると、Ｌ１は以下の式３で表せる。
Ｌ１＝Ｖ１１×Ｔ ・・・（式３）

ここで、自車両１００がレーン変更を行う旨を後続車両に報知するため、事前に方向指示器を点灯する時間Ｃを加味して式４のようにしてもよい。時間Ｃは、たとえば日本では法令により進路変更３秒前に合図を示さなければならない点を考慮し、「３秒」とする。
Ｌ１＝Ｖ１１×（Ｃ＋Ｔ） ・・・（式４）

以上のように、開始待ち距離Ｌ１を変更元レーンと変更先レーンの交通速度、および変更先レーンの交通密度を考慮して算出することができる。

（レーン変更の第２段階）
図８は、第２段階における速度調整距離Ｌ２の算出方法の一例を示す図である。第２段階では、自車両１００の交通速度が変更先レーンの交通速度Ｖ２に一致するまで、急加速とならないような一定の進行方向加速度ｂで速度を調整する。なお第２段階では自車両１００の初期速度をＶ２１０とおく。ここで初期速度Ｖ２１０や変更先レーンの交通速度Ｖ２は、レーン変更の第１段階と同様に、交通情報管理部２３５から取得した交通状況または地図データ２４１に格納された統計交通情報に含まれるものを使う。ここで進行方向加速度ｂは、車両の運転主体によって異なるパラメータである。たとえば、手動運転モード、すなわち運転主体がドライバである場合は個人差があり、自動運転モード、すなわち運転主体が自動運転システムである場合は車種やグレードなどによって差が生じると考えられる。すなわち進行方向加速度ｂは、自動運転モードでは車両用パラメータ２４２から読み込まれ、手動運転モードではドライバ用パラメータ２４３から読み込まれる。

速度の調整に要する時間Ｔ２は、以下の式５で表せる。
Ｔ２＝｜Ｖ２－Ｖ２１０｜／ｂ ・・・（式５）

速度調整距離Ｌ２は、Ｔ２を用いて以下の式６で表せる。
Ｌ２＝Ｖ２１０×Ｔ２＋（１／２）×ｂ×Ｔ２^２ ・・・（式６）
以上のように、速度調整距離Ｌ２を変更元レーンおよび変更先レーンの交通速度や、運転主体ごとに異なる進行方向加速度を考慮して算出することができる。

（レーン変更の第３段階）
図９は、第３段階におけるレーン変更距離Ｌ３の算出方法の一例を示す図である。自車両１００は、第１走行レーンＴＬ１から第２走行レーンＴＬ２まで、仮想的な同一半径の２つの円の円周上を走行する。また自車両１００は、進行方向が急激に変化することを避けるために、円周上の速度を一定、すなわち半径方向の加速度ａを一定とする。ここで半径方向の加速度ａは、車両の運転主体によって異なるパラメータである。たとえば、運転主体がドライバである場合は個人差が生じ、運転主体が自動運転システムである場合は車種やグレードなどによって差が生じる。すなわち半径方向の加速度ａは、自動運転モードでは車両用パラメータ２４２から読み込まれ、手動運転モードではドライバ用パラメータ２４３から読み込まれる。なお半径方向の加速度ａは、「横方向加速度ａ」とも呼ぶことができる。

自車両１００が第１走行レーンＴＬ１と第２走行レーンＴＬ２の境界線（以下、レーン境界線）を跨ぐまでに走行する進行方向の距離Ｎは、以下の式７で表せる。
Ｎ＝Ｒ×ｓｉｎθ ・・・（式７）

ここで、横方向加速度がａを超えない最小曲率半径Ｒは、自車両１００の車速Ｖ３１を用いて以下の式８で表せる。ここで車速Ｖ３１は、レーン変更の第１段階と同様に、交通情報管理部２３５から取得した交通状況または地図データ２４１に格納された統計交通情報に含まれるものを使う。
Ｒ＝Ｖ３１^２／ａ ・・・（式８）

また、自車両１００がレーン境界線を跨ぐまでに走行する円弧に対応する角度θは、レーン幅員ｗを用いて以下の式９で表せる。ここでレーン幅員ｗは、地図データ２４１に格納される値を使ってもよいし、たとえば日本の道路構造令を参考にして、都市部の高速道路であれば第２種・第１級として定義される道路のレーン幅員３．５ｍを使ってもよい。
θ＝ｃｏｓ^－１（１－（ｗ／２×Ｒ）） ・・・（式９）

そしてレーン変更距離Ｌ３は、Ｎを用いて以下の式１０で表せる。
Ｌ３＝２×Ｎ ・・・（式１０）
以上のように、レーン変更距離Ｌ３を運転主体ごとに異なる横方向加速度を考慮して算出することができる。

図７～図９を用いて、開始待ち距離Ｌ１、速度調整距離Ｌ２、およびレーン変更距離Ｌ３の具体的な算出方法を示したが、これらの算出方法は以上で述べた方法に限定されない。たとえば、開始待ち距離Ｌ１は、自車両１００がレーン変更を行うため方向指示器を点灯していれば、変更先レーンを走行する他車両が自車両に気づいて速度を調整してくれると考えて、交通密度に依存すると考える方向指示器の点灯時間に相当する分を一定速度で進む距離としてもよい。また、レーン変更距離Ｌ３は、自車両１００が走行する軌道を円弧ではなくクロソイド曲線であると仮定して走行距離を算出してもよい。

（Ｓ１４０７の詳細）
図１０は、レーン変更に必要な距離の算出処理、すなわち図５におけるＳ１４０７の詳細を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートでは、図７～図９を参照して説明した、開始待ち距離Ｌ１、速度調整距離Ｌ２、およびレーン変更距離Ｌ３をレーン変更回数分積算してレーン変更に必要な距離Ｄ１を算出する。以下、詳細を説明する。

まず経路探索部２３２は、交通情報管理部２３５から進入リンクに含まれる各レーンの交通状況を取得する（Ｓ１５０１）。ただし経路探索部２３２は、交通情報管理部２３５から交通状況を取得する代わりに、地図データ２４１に格納された統計交通情報を用いてもよい。なお取得した交通状況がレーン単位の情報であればそのまま用いることができ、道路単位の情報であれば道路のレーン数を用いてレーンごとの交通状況として考慮できるようにする。さらに経路探索部２３２は、走行車線と追い越し車線で速度が異なることを考慮して、道路単位の情報を解釈する際にレーンごとに交通速度に差を設けてもよい。

次に経路探索部２３２は、経路探索を実行する際の探索条件が自動運転優先である否か（Ｓ１５０２）を判断する。経路探索部２３２はたとえば自車両１００の運転モードが自動運転モードの場合は自動運転優先と判断し、手動運転モードの場合は手動運転優先と判断する。経路探索部２３２は自動運転優先であると判断するとＳ１５０３に進み、自動運転優先ではないと判断するとＳ１５０５に進む。

Ｓ１５０３では経路探索部２３２は、合流から分岐までの本線道路が自動運転可能であるか否か（Ｓ１５０３）を判断する。Ｓ１５０３の判定は、たとえば、地図データ２４１に格納されるリンク属性に、自動運転が可能であるか否かを示すフラグが設定されている場合は、その属性情報を用いる。また経路探索部２３２は、リンクの道路種別が高速道路や国道等の幹線道路であれば自動運転可能であると判定してもよい。経路探索部２３２は自動運転可能と判断する場合はＳ１５０４に進み、自動運転不可と判断する場合はＳ１５０５に進む。

Ｓ１５０４では経路探索部２３２は、レーン変更に必要な距離Ｄ１を算出するためのパラメータとして車両用パラメータ２４２を取得する。Ｓ１５０５では経路探索部２３２は、レーン変更に必要な距離Ｄ１を算出するためのパラメータとしてドライバ用パラメータ２４３を取得する。続いて経路探索部２３２は、必要なレーン変更回数分、レーン変更に必要な距離を繰り返し算出する（Ｓ１５０６）。具体的には、各レーンの交通状況および車両用パラメータまたはドライバ用パラメータを用いて、開始待ち距離Ｌ１（Ｓ１５０７）、速度調整距離Ｌ２（Ｓ１５０８）、およびレーン変更距離Ｌ３（Ｓ１５０９）を算出する。経路探索部２３２は、必要なレーン変更の回数分だけＳ１５０７～Ｓ１５０９の処理を繰り返すとＳ１５１１に進む（Ｓ１５１０）。最後に経路探索部２３２は、Ｓ１５０７～Ｓ１５０９において算出した全てのＬ１～Ｌ３の和を演算し、必要距離Ｄ１とする（Ｓ１５１１）。そして経路探索部２３２は図１０に示す処理を終了する。

（走行可能距離Ｄ２の算出概要）
図１１は、走行可能距離Ｄ２の算出概要を示す図である。経路探索部２３２は、以下に説明するように単に距離を算出するだけでなく渋滞などにより使用できない距離を除外する補正も行う。図１１に示す例では、自車両１００が左端の第０走行レーンＴＬ０から右端の第４走行レーンＴＬ４までレーン変更を行う。ただし第４走行レーンＴＬ４は図示上部のみに存在しており、第３走行レーンＴＬ３の分岐部Ｂから分岐している。また第４走行レーンＴＬ４は途中からの侵入が禁止されており、第４走行レーンＴＬ４を走行するためには分岐部Ｂから進入する必要がある。

図１１に示す例では第４走行レーンＴＬ４において渋滞が発生しており、分岐部Ｂを超えて第３走行レーンＴＬ３まで延びている。この場合に仮に軌道Ｒａのように走行すると、渋滞の最後尾に並べないので第４走行レーンＴＬ４へのレーン変更が不可能になる。そのため自車両１００は、軌道Ｒｂのように渋滞最後尾に並ぶように走行する必要がある。このとき、本線道路部分の渋滞長Ｄｊ分、レーン変更に使える距離が短くなっており、レーン変更がより困難になっていると言える。走行可能距離Ｄ２は、合流から分岐までの距離Ｄから渋滞長Ｄｊを差し引いた距離になる。

なお図１１に示す例において、第０走行レーンＴＬ０から第３走行レーンＴＬ３へのレーン変更を目的とし、図示上端に分岐、たとえば交差点が存在する場合は、走行可能距離Ｄ２は同一である。詳述すると、合流から分岐までの距離Ｄａの下端はＤと同じであり上端は図示上端となる。しかし渋滞により第３走行レーンＴＬ３にも車両が並んでいるので、先ほどの例と同様に軌道Ｒｂのように渋滞最後尾に並ぶように走行する必要がある。そのため渋滞長Ｄａｊは図示上端からとなり、ＤａからＤａｊを除いた長さである走行可能距離Ｄ２は先の例と同一である。

（Ｓ１４０８の詳細）
図１２は、走行可能距離Ｄ２の算出処理、すなわち図５におけるＳ１４０８の詳細を示すフローチャートである。図１２は、経路探索部２３２が変更先レーンの渋滞長を考慮して、走行可能距離Ｄ２を算出する処理を示す。まず経路探索部２３２は、各レーンの交通状況を取得する（Ｓ２１０１）。交通状況の取得方法は、Ｓ１５０１と同様である。続いて経路探索部２３２は、合流から分岐までの距離を算出する（Ｓ２１０２）。この距離の算出は、地図データ２４１に格納されているリンク長を合流から分岐までのリンクについて足し合わせて算出することができる。または、予め地図データ２４１に合流から分岐までの距離を格納しておき、経路探索部２３２がこれを利用してもよい。

ここで算出した距離は、補正前のレーン変更に使える距離、たとえば図１１の例における距離Ｄに相当する。なお、特に一般道において、交差点直前にレーン変更が禁止されている区域が存在することがあるため、単純に合流から分岐までの距離を算出するのではなく、交差点直前のレーン変更禁止区域の長さを加味してもよい。

次に経路探索部２３２は、変更先レーンの渋滞長を取得する（Ｓ２１０３）。ここで取得する渋滞長は、分岐に直結するレーン、たとえば図１１の例における第３走行レーンＴＬ３に限らず、変更元レーンから変更先レーンに至る全ての走行レーンについて取得することが望ましい。たとえば、図１１において、第３走行レーンＴＬ３では渋滞が発生していないが第２走行レーンＴＬ２では渋滞が発生している場合は、第２走行レーンＴＬ２の渋滞の影響で分岐までにレーン変更が完了しないことが考えられるためである。最後に経路探索部２３２は、Ｓ２１０２で算出した補正前のレーン変更に使える距離から、Ｓ２１０３で取得した変更先レーンの渋滞長を差し引くことにより、レーン変更に使える距離を補正して走行可能距離Ｄ２を得る（Ｓ２１０４）。

以上のように経路探索部２３２は、変更先レーンの渋滞長を考慮して、走行可能距離Ｄ２を算出することができる。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）計算装置でもあるナビゲーション装置２００は、車両１００が第１走行レーンＴＬ１から第２走行レーンＴＬ２へのレーン変更に必要な距離である必要距離Ｄ１を、車両がレーン変更を開始できるまで待機する間に車両が走行する開始待ち距離Ｌ１と、車両の速度を調整する間に車両が走行する速度調整距離Ｌ２と、車両がレーン変更を実行中に走行するレーン変更距離Ｌ３との合算により算出する経路探索部２３２を備える。そのためナビゲーション装置２００は必要距離Ｄ１を３つに区分して算出するので、レーン変更に必要な距離を適切に算出できる。

（２）経路探索部２３２は、出発地から目的地までの経路を算出し、レーン変更が必要なリンクであるレーン移動リンクを対象として必要距離Ｄ１を算出し、車両１００がレーン変更のためにレーン移動リンクにおいて走行可能な距離である走行可能距離Ｄ２を算出し、必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも長い場合にそのレーン移動リンクを通過しにくい経路を算出する（図４のＳ１３０８：ＹＥＳ、Ｓ１３０９）。そのため経路探索部２３２は、レーン変更が困難なリンクが含まれにくい経路を算出できる。換言すると、困難なレーン変更を強いられるリンクを算出する経路から除くことができる。

（３）経路探索部２３２は、開始待ち距離Ｌ１の算出に、第２走行レーンにおける交通密度を考慮する（図１０のＳ１５０７、式１～３）。そのため開始待ち距離Ｌ１を、他車両７０１が存在する確率を考慮して精度よく算出できる。

（４）経路探索部２３２は、速度調整距離Ｌ２の算出に、車両１００の制御主体ごとに異なるパラメータを用いる（図１０のＳ１５０８、式５～６）。進行方向加速度ｂは運転の主体、すなわち車両１００を制御するのが車両制御ＥＣＵ３００かユーザ自身かによって異なると考えられる。そのため、パラメータを使い分けることによって速度調整距離Ｌ２を精度良く算出できる。

（５）経路探索部２３２は、レーン変更距離Ｌ３の算出に、車両１００の制御主体ごとに異なるパラメータを用いる（図１０のＳ１５０９、式７～１０）。半径方向の加速度ａは運転の主体、すなわち車両１００を制御するのが車両制御ＥＣＵ３００かユーザ自身かによって異なると考えられる。そのため、パラメータを使い分けることによってレーン変更距離Ｌ３を精度良く算出できる。

（６）経路探索部２３２は、走行可能距離の算出に、変更先レーンにおける渋滞の長さを考慮する（図１２のＳ２１０４）。そのため図１１に示すように、合流から分岐までの距離Ｄから渋滞長Ｄｊを差し引いて、走行可能距離Ｄ２を算出できる。

（変形例１）
経路探索部２３２は、必要距離Ｄ１の計算を状況に応じて変更してもよい。たとえば変更先のレーンの交通密度が極端に大きい場合に以下のように必要距離Ｄ１の計算を変更してもよい。

図１３は、変更先レーンの交通密度が極端に大きい場合のレーン変更の動作を示す図である。自車両１００が走行している第１走行レーンＴＬ１の交通密度Ｋ１よりも、変更先のレーンである第２走行レーンＴＬ２の交通密度Ｋ２の方が所定の値または所定の割合よりも大きい場合に、経路探索部２３２は以下のように計算を変更する。すなわち経路探索部２３２は、まず自車両１００の速度を第２走行レーンＴＬ２の交通速度に調整してから、レーン変更の開始待ちをする。先にレーン変更の開始待ちをしても、速度調整中に第２走行レーンＴＬ２に他車両が入り込む可能性が高いと考えるためである。すなわちこの場合は、まず速度調整が行われ、次にレーン変更の開始待ちが行われ、最後にレーン変更が実行される。

ただし経路探索部２３２が計算方法を変更する条件として、変更先の走行レーンの交通密度のみを評価対象としてもよい。すなわち変更先の走行レーンの交通密度が所定値より大きい場合に上述したように計算方法を変更してもよい。

（変形例２）
経路探索部２３２は、必要距離Ｄ１の計算を状況に応じて変更してもよい。たとえば変更元のレーン、すなわち自車両１００が現在走行している走行レーンの交通密度が極端に大きい場合に、以下のように必要距離Ｄ１の計算を変更してもよい。

図１４は、変更元レーンの交通密度が極端に大きい場合のレーン変更の動作を示す図である。自車両１００が走行している第１走行レーンＴＬ１の交通密度Ｋ１が、変更先のレーンである第２走行レーンＴＬ２の交通密度Ｋ２よりも所定の値または所定の割合よりも大きい場合に、経路探索部２３２は以下のように計算を変更する。すなわち経路探索部２３２は、まずレーン変更の開始待ちを行い、次にそのままの速度でレーン変更を実行し、最後に変更先のレーンにおいて速度を第２走行レーンＴＬ２の交通速度に調整する。交通密度が大きい変更元のレーンで加速や減速を試みると、先行車両または後続車両と衝突する恐れがあるためである。すなわちこの場合は、まずレーン変更の開始待ちが行われ、次にレーン変更が行われ、最後に速度調整が行われる。

ただし経路探索部２３２が計算方法を変更する条件として、現在の走行レーンの交通密度のみを評価対象としてもよい。すなわち現在の走行レーンの交通密度が所定値より大きい場合に上述したように計算方法を変更してもよい。

（変形例３）
経路探索は行わず報知を行う報知装置が図１０に示す処理を実行してもよい。ただし本変形例では図１０のＳ１５０２において、本線道路は自動運転で走行予定であるか否かを判断するように変更する。その他の処理は同一である。本変形例では、たとえば算出方法を問わずに何らかの手法により得られた経路の情報を読み込み、Ｓ１５０２を変更した図１０に示す手法により走行可能距離Ｄ１を算出する。そして報知装置は、ユーザまたは車両制御ＥＣＵ３００に対して、遅くとも分岐から走行可能距離Ｄ１の位置に到達したらレーン変更を開始すべきである旨を通知する。報知装置は、車両１００の動作モードに応じて通知先を切り替える。報知装置はたとえばユーザに対して「あとｘｘメートル走行するまでにレーン変更を開始してください」と通知する。

本変形例によれば、レーン変更の必要距離Ｄ１の算出機能を有することにより必要距離Ｄ１を用いて有用な機能を発揮できるといえる。すなわち、ナビゲーション装置２００のように経路探索機能を有していなくても、必要距離Ｄ１を算出してレーン変更のタイミングの報知やレーン変更の期限の報知が可能である。また報知装置はさらに走行可能距離Ｄ２を算出し、必要距離Ｄ１と走行可能距離Ｄ２とを比較してレーン変更の可否を判断してもよい。

―第２の実施の形態―
図１５～図１６を参照して、本発明に係るナビゲーション装置の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、複数の経路をユーザに提示する点で、第１の実施の形態と異なる。

（システム構成）
第２の実施の形態におけるナビゲーション装置２００のハードウエア構成は第１の実施の形態と同様である。ただしＲＯＭに格納されるプログラムが一部異なり、また記憶部２４０には後述する候補経路テーブル２４５がさらに格納される。候補経路テーブル２４５には、ユーザに提示する複数の経路の情報が格納される。候補経路テーブル２４５は経路探索部２３２により作成される。

（動作）
第２の実施の形態における経路探索部２３２は、複数の経路を算出する。たとえば最大で１０の経路を算出する場合は、図４に示すフローチャートにおいて、Ｓ１３１３を以下のように変更すればよい。すなわち経路探索部２３２は、目的地に到達する１０番目の経路が含まれるか、または確定できるノードがない場合に肯定判断を行い、それ以外の場合に否定判断を行う。

（候補経路テーブル２４５）
図１５は、候補経路テーブル２４５の一例を示す図である。候補経路テーブル２４５には、行ごとに異なる経路の情報が格納され、それぞれの行には、候補経路ＩＤ９０１、累計コスト９０２、レーン変更困難フラグ９０３、レーン変更困難理由９０４、経路長９０５、経路内リンク数９０６、および経路内リンクＩＤ列９０７を含む。

候補経路ＩＤ９０１は、複数ある候補経路を識別するための識別子である。累計コスト９０２は、候補経路のリンクコストの総和である。なおレーン変更難易判定処理を実行した結果、レーン変更が困難となる区間を含んでいると判定された候補経路については、ペナルティコストを加算した値が設定される。レーン変更困難フラグ９０３は、候補経路がレーン変更が困難となる区間を含むか否かを示し、たとえば含む場合には「１」が、含まない場合には「０」が設定される。

レーン変更困難理由９０４は、レーン変更困難フラグ９０３が「１」である候補経路における、レーン変更が困難と判定された最大の要因である。たとえば、分岐待ち渋滞が発生しておりレーン変更に使える距離が短くなっていれば「分岐待ち渋滞」、交通密度が大きいためレーン変更に必要な距離が長くなっていれば「交通密度大」、自動運転を利用予定のためレーン変更に必要な距離が長くなっていれば「自動運転利用」が格納される。経路長９０５は、候補経路の出発地から目的地までのリンクの長さの総和である。経路内リンク数９０６は、候補経路を構成するリンクの数である。経路内リンクＩＤ列９０７は、候補経路を構成するリンクを識別するためのＩＤの列である。

以上、図１５を参照して候補経路テーブル２４５を説明したが、候補経路テーブル２４５の構成はこれに限定されるものではない。たとえば、経路内のリンクが存在するメッシュ、すなわち地図データの管理単位を特定する情報を含めてもよいし、各リンクの方向や属性情報を追加してもよい。

図１６は、経路探索部２３２による表示部２１１を用いたユーザへの候補経路の提示の一例を示す図である。表示部２１１の図示左側には複数の候補経路が表示され、各候補についてたとえば走行距離と所要時間が表示される。そしてユーザがいずれかの候補経路を選択すると、図示右側に候補経路の詳細が表示される。表示される候補経路の詳細とは、たとえば候補経路テーブル２４５に記載される情報であり、必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも長いリンクを含む場合には、候補経路テーブル２４５のレーン変更困難理由９０４の内容、すなわち必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも長い要因が含まれる。ユーザがいずれかの候補経路をこれから走行する経路として決定すると、決定された経路の情報が経路探索部２３２から経路誘導部２３３に送信される。

上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（７）経路探索部２３２は、算出した経路が必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも長いレーン移動リンクを含む場合に、必要距離Ｄ１が走行可能距離Ｄ２よりも長い要因を出力部２１０を用いてユーザに出力する。このように経路探索部２３２は、レーン変更が困難と判断された経路について、困難と判定された理由を出力するので、ユーザが複数の経路からいずれかを選択する際に納得感を得ることができる。

（第２の実施の形態の変形例）
上述した第２の実施の形態は以下のように変形してもよい。
（１）表示部２１１に表示される候補経路の詳細は、経路の全体を地図上で表示されてもよいし、レーン変更が困難な区間のみが表示されてもよい。
（２）経路探索部２３２は、それぞれの候補経路についてレーン変更が困難な区間を含むか否かを表示部２１１に表示してもよい。
（３）経路探索部２３２は、候補経路の累計コストの差が所定の条件を満たす場合、たとえばコストの差が１割未満やコストの差が１００未満の場合のみ表示部２１１に表示してもよい。
（４）音声出力部２１２を併用してもよい。たとえば表示部２１１に詳細を表示した候補経路について、レーン変更が困難な理由を音声で発話してもよい。
（５）表示部２１１を使用せずに音声出力部２１２のみを使用してもよい。

―第３の実施の形態―
図１７を参照して、本発明に係る経路探索サーバの第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、経路探索サーバが経路探索を行う点で、第１の実施の形態と異なる。

（システム構成）
図１７は、第３の実施の形態における経路探索システム１Ａの構成図である。経路探索サーバ４００は、制御部４１０、通信部４２０、および記憶部４３０を備える。なお本実施の形態では、経路探索サーバ４００を「計算装置」とも呼ぶ。制御部４１０は、中央演算装置であるＣＰＵ、読み出し専用の記憶装置であるＲＯＭ、読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭを備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されるプログラムをＲＡＭに展開して実行することで後述する機能を実現する。通信部４２０は通信網５００を介してナビゲーション装置２００と通信する通信モジュールである。通信網５００はインターネットでもよいし閉鎖網でもよいしインターネットと閉鎖網の組み合わせでもよい。本実施の形態ではナビゲーション装置２００は通信網５００に対応する通信モジュールを備え、経路探索サーバ４００とナビゲーション装置２００は通信網５００を介して通信する。

記憶部４３０は不揮発性の記憶装置、たとえばハードディスクドライブである。記憶部４３０には、地図データ４３１と、車両用パラメータ４３２と、ドライバ用パラメータ４３３と、探索テーブル４３４とが格納される。地図データ４３１、車両用パラメータ４３２、ドライバ用パラメータ４３３、および探索テーブル４３４は、第１の実施の形態における地図データ２４１、車両用パラメータ２４２、ドライバ用パラメータ２４３、および探索テーブル２４４に相当する。ただし車両用パラメータＤＢ４３２およびドライバ用パラメータ４３３には、複数のナビゲーション装置２００に対応するように、ナビゲーション装置２００の識別子ごとにパラメータが格納される。

制御部４１０はその機能として、経路探索部４１１と、経路送信部４１２と、交通情報管理部４１３とを備える。経路探索部４１１、経路送信部４１２、および交通情報管理部４１３の動作は、第１の実施の形態におけるナビゲーション装置２００の経路探索部２３２、経路送信部２３４、および交通情報管理部２３５に相当する。ただし経路探索部４１１は、ナビゲーション装置２００からの指令を受けて探索を行う。また経路送信部４１２は、経路探索部４１１の探索結果を通信網５００を介してナビゲーション装置２００に送信する。

（動作概要）
ナビゲーション装置２００は、ユーザが目的地を入力すると、通信網５００を介して、探索要求情報６０１を経路探索サーバ４００に送信する。探索要求情報６０１には、自車位置や目的地、探索条件、ナビゲーション装置の識別子などが含まれる。経路探索サーバ４００は、通信部４２０で探索要求情報６０１を受信すると、経路探索部４１１が地図データ４３１などを用いて経路探索を行う。経路計算処理およびレーン変更難易判定処理は第１の実施の形態と同様なので説明は省略する。経路送信部４１２は、案内用経路の選択が完了すると、経路情報６０２をナビゲーション装置２００に送信する。経路情報６０２のデータ形式については、図１５に示した候補経路テーブル２４５と同様でもよいし、経路誘導に必要な情報が含まれていれば他の形式でもよい。ナビゲーション装置２００は、受信した経路情報６０２を案内用経路として案内を行う。またナビゲーション装置２００は、運転モードが自動運転モードの場合は、経路を車両制御ＥＣＵ３００に送信して車両制御に用いる。

上述した第３の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（８）計算装置でもある経路探索サーバ４００は、車両１００に搭載され出発地および目的地を送信し経路探索部４１１が算出する経路を受信するナビゲーション装置２００と通信する通信部４２０を備える。そのため、演算リソースが豊富であり広範囲の最新の交通情報を入手可能な経路探索サーバ４００が経路探索を行うので、より適切な経路を算出可能である。またナビゲーション装置２００の演算負荷が低減される。

（第３の実施の形態の変形例）
上述した第３の実施の形態では、経路探索サーバ４００が車両用パラメータＤＢ４３２およびドライバ用パラメータＤＢ４３３を備えた。しかし経路探索サーバ４００がこれらを備えず、ナビゲーション装置２００がレーン変更に必要な距離の計算に用いる車両用パラメータ２４２やドライバ用パラメータ２４３を出発地および目的地とともに経路探索サーバ４００に送信してもよい。

上述した各実施の形態および変形例において、プログラムは不図示のＲＯＭに格納されるとしたが、プログラムは記憶部２４０に格納されていてもよい。また、ナビゲーション装置２００が不図示の入出力インタフェースを備え、必要なときに入出力インタフェースとナビゲーション装置２００が利用可能な媒体を介して、他の装置からプログラムが読み込まれてもよい。ここで媒体とは、たとえば入出力インタフェースに着脱可能な記憶媒体、または通信媒体、すなわち有線、無線、光などのネットワーク、または当該ネットワークを伝搬する搬送波やデジタル信号、を指す。また、プログラムにより実現される機能の一部または全部がハードウエア回路やＦＰＧＡにより実現されてもよい。

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…経路検索システム
１００…車両
２００…ナビゲーション装置
２１０…出力部
２３０…制御部
２３２…経路探索部
２３４…経路送信部
２４０…記憶部
２４１…地図データ
２４２…車両用パラメータ
２４３…ドライバ用パラメータ
２４４…探索テーブル
２４５…候補経路テーブル
３５０…スイッチ
４００…経路探索サーバ
４１０…制御部
４１１…経路探索部
４１２…経路送信部
４１３…交通情報管理部
４２０…通信部
４３０…記憶部
４３１…地図データ
４３２…車両用パラメータ
４３３…ドライバ用パラメータ
４３４…探索テーブル
６０１…探索要求情報
６０２…経路情報
７０１…他車両

Claims (10)

1. 車両が第１走行レーンから第２走行レーンへのレーン変更に必要な距離である必要距離を、
   前記車両がレーン変更を開始できるまで待機する間に前記車両が走行する第１距離と、
   前記車両の速度を調整する間に前記車両が走行する第２距離と、
   前記車両がレーン変更を実行中に走行する第３距離との合算により算出する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第１走行レーンの交通速度、前記第２走行レーンの交通速度および前記第２走行レーンにおける交通密度を用いて前記第１距離を算出する計算装置。
2. 請求項１に記載の計算装置において、
   前記車両が自動運転モードと手動運転モードとを有し、
   前記制御部は、運転主体によって異なるパラメータを参照可能であり、前記自動運転モードと前記手動運転モードとで異なるパラメータを用いて前記必要距離を算出し、
   さらに前記制御部は、
   出発地から目的地までの経路を、出発地近傍リンクから目的地近傍リンクに至る累計コストが最小となる経路を探索することで算出するに際して、
   レーン変更が必要なリンクであるレーン移動リンクを対象として前記必要距離を算出し、
   前記車両がレーン変更のために前記レーン移動リンクにおいて走行可能な距離である走行可能距離を算出し、
   前記必要距離が前記走行可能距離よりも長い場合に前記レーン移動リンクにペナルティコストを加算する計算装置。
3. 請求項１に記載の計算装置において、
   前記車両が自動運転モードと手動運転モードとを有し、
   前記制御部は、前記第２距離の算出に、前記自動運転モードと前記手動運転モードとで異なるパラメータを用いる計算装置。
4. 請求項１に記載の計算装置において、
   前記車両が自動運転モードと手動運転モードとを有し、
   前記制御部は、前記第３距離の算出に、前記自動運転モードと前記手動運転モードとで異なるパラメータを用いる計算装置。
5. 請求項２に記載の計算装置において、
   前記制御部は、前記走行可能距離の算出に、前記第２走行レーンにおける渋滞の長さを考慮する計算装置。
6. 請求項２に記載の計算装置において、
   前記制御部は、算出した経路が、前記必要距離が前記走行可能距離よりも長い前記レーン移動リンクを含む場合に、前記必要距離が前記走行可能距離よりも長い要因を出力部を用いてユーザに出力する計算装置。
7. 請求項２に記載の計算装置において、
   前記車両に搭載され前記出発地および前記目的地を送信し前記制御部が算出する前記経路を受信するナビゲーション装置と通信する通信部とをさらに備える計算装置。
8. 車両が第１走行レーンから第２走行レーンへのレーン変更に必要な距離である必要距離をコンピュータが算出する演算方法において、
   前記車両がレーン変更を開始できるまで待機する間に前記車両が走行する第１距離と、
   前記車両の速度を調整する間に前記車両が走行する第２距離と、
   前記車両がレーン変更を実行中に走行する第３距離との合算により前記必要距離を算出し、
   前記第１距離は、前記第１走行レーンの交通速度、前記第２走行レーンの交通速度および前記第２走行レーンにおける交通密度を用いて算出する演算方法。
9. 請求項８に記載の演算方法において、
   前記車両が自動運転モードと手動運転モードとを有し、
   前記コンピュータは、運転主体によって異なるパラメータを参照可能であり、前記自動運転モードと前記手動運転モードとで異なるパラメータを用いて前記必要距離を算出し、
   さらに、前記コンピュータが、
   出発地から目的地までの経路を、出発地近傍リンクから目的地近傍リンクに至る累計コストが最小となる経路を探索することで算出するに際して、
   レーン変更が必要なリンクであるレーン移動リンクを対象として前記必要距離を算出することと、
   前記車両がレーン変更のために前記レーン移動リンクにおいて走行可能な距離である走行可能距離を算出することと、
   前記必要距離が前記走行可能距離よりも長い場合に前記レーン移動リンクにペナルティコストを加算することとを含む演算方法。
10. 請求項９に記載の演算方法において、
    前記コンピュータは、前記車両に搭載されるナビゲーション装置と通信する通信部を備え、
    前記出発地および前記目的地を前記ナビゲーション装置から受信することと、
    算出した経路を前記ナビゲーション装置に送信することとを含む演算方法。

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