WO2021166426A1 - 走行支援装置、走行支援方法、および走行支援プログラム - Google Patents

走行支援装置、走行支援方法、および走行支援プログラム Download PDF

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WO2021166426A1
WO2021166426A1 PCT/JP2020/047955 JP2020047955W WO2021166426A1 WO 2021166426 A1 WO2021166426 A1 WO 2021166426A1 JP 2020047955 W JP2020047955 W JP 2020047955W WO 2021166426 A1 WO2021166426 A1 WO 2021166426A1
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WO
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vehicle
lane change
lane
degree
spread
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/047955
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English (en)
French (fr)
Inventor
伊藤　章
徳和 杉本
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
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Publication of WO2021166426A1 publication Critical patent/WO2021166426A1/ja
Priority to US17/819,202 priority patent/US20220379894A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18163—Lane change; Overtaking manoeuvres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/0097—Predicting future conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/40—Dynamic objects, e.g. animals, windblown objects
    • B60W2554/406—Traffic density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2554/00—Input parameters relating to objects
    • B60W2554/80—Spatial relation or speed relative to objects

Definitions

  • the disclosure in this specification relates to a driving support technology that supports a lane change of the own vehicle.
  • Patent Document 1 discloses a device for controlling a lane change of the own vehicle. This device determines that the lane can be changed and executes the lane change when the inter-vehicle distance between other vehicles to which the lane is changed is equal to or greater than the threshold value.
  • the device of Patent Document 1 it is not determined that the lane can be changed unless the inter-vehicle distance between other vehicles is secured in advance above the threshold value before the lane change. Therefore, the device of Patent Document 1 may not be able to easily change lanes in a lane where the inter-vehicle distance between other vehicles is relatively short.
  • the purpose of disclosure is to provide a driving support device, a driving support method, and a driving support program that can easily change lanes.
  • One of the disclosed driving support devices is a driving support device that supports a lane change of the own vehicle that interrupts between a plurality of other vehicles traveling in the lane to which the lane is changed.
  • a prediction unit that predicts the degree of spread of the inter-vehicle distance between other vehicles in response to the interruption of the own vehicle and determines whether or not to change lanes based on the degree of spread.
  • One of the disclosed driving support methods is a driving support method executed by a processor in order to support a lane change of the own vehicle that interrupts between a plurality of other vehicles traveling in the lane to which the lane is changed.
  • a prediction process that predicts the degree of spread of the inter-vehicle distance between other vehicles in response to the interruption of the own vehicle and determines whether or not to change lanes based on the degree of spread. If a lane change permission decision is made, the lane change track that executes the lane change is determined, and if a lane change prohibition decision is made, the track determination that determines the interrupted track that interrupts the lane change is determined. Process and including.
  • One of the disclosed driving support programs is a driving support program including an instruction to be executed by a processor in order to support a lane change of the own vehicle that interrupts between a plurality of other vehicles traveling in the lane to which the lane is changed.
  • the instruction is A prediction process that predicts the degree of spread of the inter-vehicle distance between other vehicles in response to the interruption of the own vehicle, and determines whether or not to change lanes based on the degree of spread.
  • the lane change track for executing the lane change is determined, and when it is determined that a lane change prohibition decision is made, an interrupted track for suspending the lane change is determined.
  • the orbital determination process to make including.
  • a driving support, a driving support method, and a driving support program capable of easily executing a lane change can be provided.
  • the traveling support device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
  • the travel support device of the first embodiment is provided by the travel support ECU 100 which is an electronic control device mounted on the own vehicle A.
  • the own vehicle A has at least one of an automatic driving function and an advanced driving support function.
  • the traveling support ECU 100 predicts the behavior of a moving body around the own vehicle A, and supports the traveling of the own vehicle A based on the prediction result.
  • the traveling support ECU 100 is connected to the locator 10, the peripheral monitoring ECU 20, the vehicle speed sensor 30, the vehicle-mounted communication device 40, the vehicle control ECU 50, and the like via a communication bus and the like.
  • the locator 10 generates own vehicle position information and the like by compound positioning that combines a plurality of acquired information.
  • the locator 10 includes a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver 11, an inertial sensor 12, a map database (hereinafter, map DB) 13, and a locator ECU 14.
  • the GNSS receiver 11 receives positioning signals from a plurality of positioning satellites.
  • the inertial sensor 12 is a sensor that detects the inertial force acting on the own vehicle A.
  • the inertial sensor 12 includes, for example, a 3-axis gyro sensor and a 3-axis acceleration sensor, and detects the angular velocity and acceleration acting on the own vehicle A.
  • the map DB 13 is a non-volatile memory and stores map information such as link data, node data, terrain, and structures.
  • the map information is, for example, a three-dimensional map composed of point clouds of feature points of topography and structures.
  • the three-dimensional map may be generated by REM (Road Experience Management) based on the captured image.
  • the map information may include road sign information, traffic regulation information, road construction information, weather information, and the like.
  • the map information stored in the map DB 13 is updated regularly or at any time based on the latest information received by the in-vehicle communication device 40.
  • the locator ECU 14 has a configuration mainly including a microcomputer provided with a processor, a memory, an input / output interface, a bus connecting them, and the like.
  • the locator ECU 14 sequentially positions the position of the own vehicle A (hereinafter referred to as the own vehicle position) by combining the positioning signal received by the GNSS receiver 11, the map data of the map DB 13, and the measurement result of the inertial sensor 12.
  • the position of the own vehicle may be, for example, configured to be represented by the coordinates of latitude and longitude.
  • the position of the own vehicle may be determined by using the mileage obtained from the signals sequentially output from the vehicle speed sensor 30 mounted on the own vehicle A.
  • the locator ECU 14 detects the three-dimensional map and the peripheral monitoring sensor 25 without using the GNSS receiver 11.
  • the position of the own vehicle may be specified by using the result.
  • the locator ECU 14 sequentially provides the vehicle position information, the acceleration information of the vehicle A, the map information around the vehicle A, and the like to the traveling support ECU 100.
  • the peripheral monitoring ECU 20 is mainly composed of a microcomputer provided with a processor, a memory, an input / output interface, and a bus connecting these, and executes various processes by executing a control program stored in the memory.
  • the peripheral monitoring ECU 20 acquires a detection result from the peripheral monitoring sensor 25, and recognizes the traveling environment of the own vehicle based on the detection result.
  • the peripheral monitoring sensor 25 is an autonomous sensor that monitors the surrounding environment of the own vehicle A, and is a LiDAR (Light Detection and Ringing / Laser Imaging Detection and Ringing) that detects a point cloud of feature points of a feature, and the own vehicle A. Includes peripheral surveillance cameras and the like that capture a predetermined range including the front. Further, the peripheral monitoring sensor 25 may include a millimeter wave radar, sonar, and the like.
  • LiDAR Light Detection and Ringing / Laser Imaging Detection and Ringing
  • the peripheral monitoring ECU 20 analyzes, for example, a point cloud image acquired from LiDAR, an captured image acquired from a peripheral monitoring camera, and the like to determine the presence / absence of other vehicles existing in the vicinity of the own vehicle A, their positions, speeds, and the like. recognize.
  • the peripheral monitoring ECU 20 sequentially provides the above-mentioned information on other vehicles to the traveling support ECU 100 as information on other vehicles.
  • the in-vehicle communication device 40 is a communication module mounted on the own vehicle A.
  • the in-vehicle communication device 40 has at least a V2N (Vehicle to cellular Network) communication function in accordance with communication standards such as LTE (Long Term Evolution) and 5G, and has at least a function of V2N (Vehicle to cellular Network) communication with a base station around the own vehicle A. Send and receive radio waves.
  • the in-vehicle communication device 40 may further have functions such as road-to-vehicle (Vehicle to roadside Infrastructure, hereinafter “V2I”) communication and vehicle-to-vehicle (Vehicle to Vehicle, hereinafter “V2V”) communication.
  • V2I road-to-vehicle to roadside Infrastructure
  • V2V2V vehicle-to-vehicle to Vehicle
  • the in-vehicle communication device 40 may acquire information on other vehicles by V2V communication and provide the information to the traveling support ECU 100.
  • the in-vehicle communication device 40 enables cooperation (Cloud to Car) between the cloud and the in-vehicle system by V2N communication.
  • the own vehicle A becomes a connected car that can be connected to the Internet.
  • the vehicle control ECU 50 is an electronic control device that controls acceleration / deceleration and steering of the own vehicle A.
  • the vehicle control ECU 50 includes a steering ECU that performs steering control, a power unit control ECU that performs acceleration / deceleration control, a brake ECU, and the like.
  • the vehicle control ECU 50 acquires detection signals output from each sensor such as the steering angle sensor and the vehicle speed sensor 30 mounted on the own vehicle A, and each of the electronically controlled throttle, the brake actuator, the EPS (Electric Power Steering) motor, and the like. Outputs a control signal to the driving control device.
  • the vehicle control ECU 50 acquires a track plan described later from the travel support ECU 100, and controls each travel control device so as to realize automatic driving or advanced driving support according to the track plan.
  • the traveling support ECU 100 supports the lane change of the own vehicle A based on the information from each of the above-mentioned components.
  • the travel support ECU 100 mainly includes a computer including a memory 101, a processor 102, an input / output interface, and a bus connecting them.
  • the processor 102 is hardware for arithmetic processing.
  • the processor 102 includes, for example, at least one type of CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), RISC (Reduced Instruction Set Computer) -CPU, and the like as a core.
  • the memory 101 non-transiently stores or stores a computer-readable program, data, or the like, for example, at least one type of non-transitional substantive storage medium (non-transitional storage medium, such as a semiconductor memory, a magnetic medium, an optical medium, or the like). transitory tangible storage medium).
  • non-transitional storage medium such as a semiconductor memory, a magnetic medium, an optical medium, or the like.
  • transitory tangible storage medium The memory 101 stores various programs executed by the processor 102, such as a travel support program described later.
  • the processor 102 executes a plurality of instructions included in the driving support program stored in the memory 101.
  • the traveling support ECU 100 constructs a plurality of functional units for supporting the lane change of the own vehicle A that interrupts between other vehicles traveling in the lane to which the lane is changed.
  • a plurality of functional units are constructed by causing the processor 102 to execute a plurality of instructions by the program stored in the memory 101.
  • the traveling support ECU 100 is constructed with functional units such as a necessity determination unit 110, a position setting unit 120, a permission / rejection determination unit 130, and a track planning unit 140.
  • the necessity determination unit 110 determines the necessity of changing lanes. Specifically, the necessity determination unit 110 changes the lane of the current driving scene based on the traveling route to the destination, the map information around the own vehicle A, the other vehicle information around the own vehicle A, and the like. Determine if it is a necessary scene.
  • the necessity determination unit 110 determines that it is necessary to change lanes in a scene where the destination cannot be reached or a detour is made in the current lane (difficult to reach scene). Difficult-to-reach scenes include scenes where you need to turn right at an intersection and are driving in a lane other than the right turn lane, scenes where you are driving in a lane that goes in a direction different from your destination at a fork, and exiting from a highway. Occasionally, a scene in which the vehicle is traveling in a lane that is not adjacent to the exit lane is included. In addition, the necessity determination unit 110 determines that it is necessary to change lanes in the merging scene traveling in the merging lane.
  • the necessity determination unit 110 determines that it is necessary to change lanes in a restricted scene in which the continuation of traveling in the current lane is restricted due to construction work, an accident, the presence of an obstacle, or the like. Further, the necessity determination unit 110 determines that the lane change is necessary in the overtaking scene in which another low-speed vehicle currently exists in front of the lane.
  • the necessity determination unit 110 determines whether or not the necessity of the lane change is within the permissible range. Specifically, the necessity determination unit 110 determines that the necessity of changing lanes is out of the permissible range when the current type of driving scene is any of a difficult-to-reach scene, a merging scene, and a restricted scene. .. On the other hand, the necessity determination unit 110 determines that the necessity is within the permissible range when the current driving scene is an overtaking scene. In other words, the necessity determination unit 110 determines that the necessity is out of the permissible range when it becomes difficult to arrive at the destination or to continue traveling itself unless the lane is changed. The necessity determination unit 110 sequentially provides the position setting unit 120 with the determination result of the necessity of changing the lane and the determination result of the necessity degree when it is determined to be necessary.
  • the necessity determination unit 110 is an example of the “necessity determination unit”.
  • the position setting unit 120 sets the predicted start position of the degree of spread between other vehicles. Specifically, the position setting unit 120 acquires information on other vehicles traveling in the lane of the lane change destination (change destination lane), and the other vehicle that becomes the preceding vehicle and the following vehicle of the own vehicle A after the lane change. To determine. In other words, the position setting unit 120 determines the lane change destination space into which the own vehicle A enters by changing lanes. For example, the position setting unit 120 may set the two other vehicles that secure the largest inter-vehicle distance in the detection range of the peripheral monitoring sensor 25 as the preceding vehicle and the following vehicle after the lane change.
  • the position setting unit 120 estimates the aggressiveness a for the determined following vehicle.
  • the degree of aggressiveness a is an index showing the behavioral characteristics of other vehicles that react to changes in the inter-vehicle distance.
  • the aggressiveness a targets the actual inter-vehicle distance when the actual inter-vehicle distance, which is the actual inter-vehicle distance, is different from the inter-vehicle distance (target inter-vehicle distance) assumed to be the target of other vehicles. This is a behavioral characteristic when approaching the inter-vehicle distance.
  • the actual inter-vehicle distance is larger than the target inter-vehicle distance, as shown in FIG. 3, the larger the aggressiveness a, the shorter the inter-vehicle distance becomes.
  • the larger the aggressiveness a the faster the speed is accelerated to a higher speed in a short time, and then the speed is reduced more rapidly.
  • the position setting unit 120 calculates the degree of aggressiveness a by the trained model tuned by machine learning.
  • the trained model may be generated by supervised learning based on a data set of, for example, the time change of the position and speed of the following vehicle which is the input data and the aggressive degree a which is the output data.
  • the position setting unit 120 determines the following vehicle, the position setting unit 120 observes the following vehicle position xi and the following vehicle speed vi of the following vehicle for a predetermined time (for example, several seconds) and acquires input data.
  • the position setting unit 120 sequentially provides the other vehicle information of the preceding vehicle and the following vehicle and the estimated aggressiveness a to the permission / rejection determination unit 130.
  • the position setting unit 120 causes the track planning unit 140 to reach the front of the following vehicle in the currently traveling lane and generate a preparatory track for preparing for a lane change.
  • the permission / rejection determination unit 130 predicts the degree of expansion of the inter-vehicle distance between other vehicles with respect to the interruption of the own vehicle A for the preceding vehicle and the following vehicle determined by the position setting unit 120, and permits / rejects the lane change between vehicles. That is, it is determined whether or not the lane change can be permitted.
  • the permission / rejection determination unit 130 assumes a spring model with the preceding vehicle and the following vehicle as mass points, and predicts the degree of spread based on the spring model. Specifically, the permission / rejection determination unit 130 estimates the negative acceleration (deceleration) of the following vehicle with respect to the interruption of the own vehicle A based on the behavior of the spring model, and predicts the degree of spread based on the deceleration. ..
  • the deceleration of the own vehicle A in response to an interruption is the deceleration expected by the transfer action, assuming that the following vehicle takes a transfer action that keeps an inter-vehicle distance in response to the interruption of the own vehicle A in the forward direction.
  • the deceleration may be referred to as "expected deceleration”.
  • the ideal inter-vehicle distance value (inter-vehicle target value) ⁇ i ⁇ between the other vehicle B and the other vehicle C is the inter-vehicle time h and the inter-vehicle distance minimum value ⁇ min
  • the following formula (1) is used. Will be done.
  • the inter-vehicle target value ⁇ i ⁇ is shown as a symbol with an overline ⁇ above ⁇ i.
  • the inter-vehicle time h and the inter-vehicle distance minimum value ⁇ min are design parameters based on an actual vehicle test result, a simulation result, or the like. From the mathematical formula (1), the deviation ei of the actual inter-vehicle distance ⁇ i with respect to the inter-vehicle target value ⁇ i ⁇ is expressed by the following mathematical formula (2).
  • the other vehicle C converges the current actual inter-vehicle distance ⁇ i to the ideal inter-vehicle distance ⁇ i ⁇ by acceleration / deceleration control, that is, the deviation ei is converged to 0.
  • the relationship of the following mathematical formula (3) is established by using the deviation ei and the aggressive degree a.
  • the other vehicle C recognizes the own vehicle A as a new preceding vehicle after the start of the lane change.
  • the other vehicle C generates an acceleration ui in order to converge the actual inter-vehicle distance ⁇ i with the own vehicle A, which is a new preceding vehicle, to the inter-vehicle target value ⁇ i ⁇ .
  • the acceleration ui in the deceleration direction that is, the negative value of the acceleration ui, becomes the expected deceleration expected of the other vehicle C due to the interruption of the own vehicle A.
  • the expected deceleration can be calculated based on the mathematical formula (4) and the following mathematical formula (5).
  • vi-1 in the formula (4) may be replaced with the speed ve of the own vehicle A.
  • the timing at which the other vehicle C recognizes the own vehicle A as a new preceding vehicle may be, for example, the timing when yes> l / 2 and xy ⁇ xi.
  • yes is the lateral (vehicle width direction) separation distance of the own vehicle A from the lane center L1c of the current lane
  • l is the distance between the lane center L1c and the lane center L2c of the changed destination lane.
  • the permission / rejection determination unit 130 acquires the own vehicle position xe from the locator ECU 14, the own vehicle speed ve from the vehicle speed sensor 30, and the following vehicle position xi and the following vehicle speed vi from the peripheral monitoring ECU 20. Further, the permission / rejection determination unit 130 may acquire the following vehicle position xi and the following vehicle speed vi by vehicle-to-vehicle communication.
  • the permission / rejection determination unit 130 predicts the degree of expansion of the inter-vehicle distance due to the transfer behavior of the following vehicle in response to the interruption of the own vehicle A. Then, the permission / rejection determination unit 130 determines the permission / rejection of the lane change based on the predicted degree of spread. For example, the permission / rejection determination unit 130 determines that the lane change can be permitted when the state in which it can be determined that the following vehicle and the own vehicle A can interrupt without colliding with each other continues for a predetermined period of time. Then, the permission / rejection determination unit 130 determines that the lane change cannot be permitted if the state in which it can be determined that the interrupt is possible without collision does not continue for a predetermined period. The permission / rejection determination unit 130 starts the above permission / rejection determination when, for example, reaches the front of the following vehicle. The permission / rejection unit 130 repeatedly executes the above permission / rejection determination until the lane change is completed.
  • the permission / rejection determination unit 130 calculates the parameters necessary for generating the lane change track (hereinafter referred to as LC track) T1, which is the track for executing the lane change, based on the expected deceleration. Specifically, the permission / rejection determination unit 130 uses three parameters of the lane change start position, the lane change start speed, and the time from the start to the completion of the lane change (completion time) as determination variables, and solves the optimization problem. By the solution, each parameter is calculated. For example, the permission / rejection determination unit 130 assumes the LC track T1 with a fifth-order polynomial or the like, and searches for a parameter that minimizes the jerk (jerk) of the own vehicle A and the following vehicle when changing lanes. The pass / fail determination unit 130 provides the calculated parameters to the track planning unit 140.
  • LC track lane change track
  • the permission / rejection determination unit 130 interrupts the prediction of the behavior of the other vehicle based on the degree of spread between the other vehicles. do. In this case, the permission / rejection unit 130 executes a lane change permission / rejection determination based on linear prediction. Specifically, the permission / rejection determination unit 130 calculates the inter-vehicle distance at the start of lane change when the current speeds of the other vehicles are maintained based on the speeds and positions of the preceding vehicle and the following vehicle.
  • the permission / rejection determination unit 130 determines that the lane change can be permitted when the calculated inter-vehicle distance exceeds the threshold value, and determines that the lane change cannot be permitted when the inter-vehicle distance is less than the threshold value. do.
  • the permission / rejection determination unit 130 may calculate the collision margin time between the other vehicle and the own vehicle A instead of the inter-vehicle distance, and execute the permission / rejection determination based on the collision margin time.
  • the permission / rejection determination unit 130 sequentially provides either the permission / rejection determination result based on the expected deceleration or the permission / rejection determination result based on the linear prediction to the trajectory planning unit 140.
  • the permission / rejection determination unit 130 is an example of a “prediction unit”.
  • the track planning unit 140 determines the traveling track of the own vehicle A. For example, the track planning unit 140 generates a preparatory track for preparing for a lane change by advancing to the side of the lane change destination space based on the information from the position setting unit 120. Then, the track planning unit 140 generates the LC track T1 from the start position to the end position of the lane change when the permission / rejection determination unit 130 determines that the lane change can be permitted. The track planning unit 140 determines the LC track T1 by using the lane change start position, the start speed, and the completion time calculated by the permission / rejection determination unit 130.
  • the track planning unit 140 generates an interrupted track T2 that generates a track for interrupting the lane change when the permission / rejection determination unit 130 determines that the lane change cannot be permitted.
  • the interrupted track T2 is a track that continues to travel in the current traveling lane.
  • the track planning unit 140 may generate both the LC track T1 and the interrupted track T2 in advance before the permission / rejection determination, and determine the trajectory to be adopted according to the permission / rejection determination result.
  • the track planning unit 140 sequentially provides the generated traveling tracks T1 and T2 to the vehicle control ECU 50.
  • the orbit planning unit 140 is an example of the “orbit determination unit”.
  • the necessity determination unit 110 determines the necessity of changing lanes. If it is determined that the lane change is unnecessary, the process ends. If it is determined that the lane change is necessary, the process proceeds to S20. In S20, the necessity determination unit 110 determines whether or not the necessity of changing lanes is within the permissible range. If it is determined that it is out of the permissible range, the process proceeds to S30.
  • the position setting unit 120 identifies the preceding vehicle and the following vehicle, and calculates the aggressiveness a of the following vehicle.
  • the position setting unit 120 determines the predicted start position of the behavior of the other vehicle and completes the preparation for changing the lane. If the predicted start position is not determined in S40, the vehicle returns to S30 and the preceding vehicle and the following vehicle are respecified.
  • the permission / rejection determination unit 130 executes the permission / rejection determination in consideration of the transfer behavior of the following vehicle in S50. In other words, the permission / rejection determination unit 130 predicts the degree of spread of the inter-vehicle distance between the preceding vehicle and the following vehicle with respect to the interruption of the own vehicle A, and determines whether or not the lane change can be permitted based on the prediction result.
  • S51 the positions and speeds of the preceding vehicle and the following vehicle are acquired.
  • S52 the behavior of the following vehicle is simulated. Specifically, the degree of spread of the inter-vehicle distance with respect to the interruption of the own vehicle A is calculated based on the estimation of the expected deceleration.
  • S53 it is determined whether or not interruptability is possible based on the simulation result. Specifically, in S53, if it can be determined that the following vehicle and the own vehicle A do not collide, it is determined that the interrupt is possible, and if it is determined that the vehicle collides, it is determined that the interrupt is impossible.
  • the counter When it is determined in S53 that an interrupt is possible, the counter is counted up in S54. On the other hand, if it is determined in S53 that the interrupt is not possible, the counter is cleared in S55. After S54 or S55, in S56, it is determined whether or not the count number of the counter has reached the permission value (LC permission value) for permitting the lane change. When it is determined that the permitted value has been reached, the determination that the lane change can be permitted is confirmed in S57.
  • the permission value LC permission value
  • the process proceeds to S60.
  • the position setting unit 120 determines the predicted start position of the behavior of the other vehicle and completes the preparation for changing lanes. If the predicted start position is not determined in S60, the preparation for changing lanes is attempted again by reidentifying the preceding vehicle and the following vehicle.
  • the permission / rejection determination unit 130 executes the lane change permission / rejection determination based on the linear prediction of the behavior of other vehicles in S65.
  • the track planning unit 140 determines whether the lane change permission judgment has been made or the prohibition judgment has been made in the permission / rejection judgment. When it is determined that the permission determination has been made, the track planning unit 140 determines the LC track T1 as the traveling track in S80. According to S80, the lane change is started before the start of the lane change, and the lane change is continued when the lane change is in progress.
  • the track planning unit 140 determines the interrupted track T2 as the traveling track in S90. According to S90, the vehicle continues to travel in the lane before the change before the start of the lane change, and returns to the lane before the change when the lane is being changed.
  • S20 is an example of the "necessity determination process”
  • S50 is an example of the "prediction process”
  • S80 and S90 are examples of the "orbit determination process”.
  • the lane change is executed or interrupted after the increase in the inter-vehicle distance between the other vehicles B and C is predicted in response to the interruption of the own vehicle A. Therefore, even if the inter-vehicle distance before the start of the lane change is relatively short, the lane change is likely to be permitted. From the above, the lane change can be easily executed.
  • the degree of spread is predicted based on a spring model assumed with another vehicle as a mass point. Therefore, it is possible to simulate the interaction of behavior between a plurality of other vehicles and reflect it in the permission / rejection judgment.
  • the expected deceleration for the interruption of the own vehicle A is estimated for the other vehicle C that becomes the following vehicle of the own vehicle A after the lane change, and the degree of spread is predicted based on the expected deceleration. Will be done. Therefore, how much the following vehicle slows down due to the lane change of the own vehicle A can be reflected in the permission / rejection determination.
  • the expected deceleration is estimated based on the behavior characteristics of the other vehicle C with respect to the change in the inter-vehicle distance, so that the behavior of the other vehicle C can be predicted more accurately.
  • the start timing of the lane change after reaching the front of the other vehicle C is determined based on the degree of spread, so that the lane change can be started more reliably.
  • the lane is based on the degree of spread. Judgment of permission / rejection of change is interrupted. Therefore, it is possible to properly judge whether or not to change lanes depending on whether the necessity of changing lanes is high or low.
  • the permission / disapproval determination is performed without considering the degree of spread in response to the interruption, when the necessity of changing lanes is low, it is possible to change lanes with a greater margin between vehicles.
  • the necessity determination unit 110 determines whether or not the necessity of changing lanes is within the permissible range based on the type of driving scene that requires changing lanes.
  • the necessity determination unit 110 may be configured to determine whether or not the necessity of changing lanes is within the permissible range based on the remaining distance to the specific point of the own vehicle A. In this case, the necessity determination unit 110 determines that the necessity is within the permissible range when the remaining distance to the specific point exceeds the threshold distance, and when the remaining distance is less than the threshold distance. Determines that the degree of necessity is out of the permissible range.
  • the specific point may be, for example, a point where it is practically impossible to change lanes after passing through. Specifically, the specific point may be a right turn point in the lane change scene to the right turn lane, a branch point in the lane change scene in the branch road, the end of the merging lane in the merging scene, or the like.
  • the driving support ECU 100 may be a dedicated computer configured to include at least one of a digital circuit and an analog circuit as a processor.
  • digital circuits include, for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), SOC (System on a Chip), PGA (Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and the like. Of these, at least one. Further, such a digital circuit may include a memory for storing a program.
  • the travel support ECU 100 may be provided by one computer or a set of computer resources linked by a data communication device. For example, a part of the functions provided by the traveling support ECU 100 in the above-described embodiment may be realized by another ECU.

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Abstract

走行支援装置（１００）は、車線変更先の車線を走行する複数の他車両の間へ割り込む自車両の車線変更を支援する。走行支援装置は、自車両の割り込みに対する他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、広がり度合に基づいて車線変更の許否を判定する許否判定部（１３０）を備える。走行支援装置は、車線変更の許可判定が下された場合には、車線変更を実行する車線変更軌道を決定し、車線変更の禁止判定が下された場合には、車線変更を中断する中断軌道を決定する軌道計画部（１４０）を備える。

Description

走行支援装置、走行支援方法、および走行支援プログラム 関連出願の相互参照
　この出願は、２０２０年２月２１日に日本に出願された特許出願第２０２０－２８４１１号を基礎としており、基礎の出願の内容を、全体的に、参照により援用している。
　この明細書における開示は、自車両の車線変更を支援する走行支援の技術に関する。
　特許文献１には、自車両の車線変更を制御する装置が開示されている。この装置は、車線変更先の他車両同士の車間距離が閾値以上である場合に、車線変更可能であると判定して、車線変更を実行する。
特開２０１９－２１７８２９号公報
　特許文献１の装置では、他車両同士の車間距離が、車線変更前に予め閾値以上確保されていなければ、車線変更可能であると判定されない。このため、特許文献１の装置は、他車両同士の車間距離が比較的短い車線に対して、車線変更を容易に実施できない虞がある。
　開示される目的は、車線変更を容易に実行可能な走行支援装置、走行支援方法、および走行支援プログラムを提供することである。
　この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。
　開示された走行支援装置のひとつは、車線変更先の車線を走行する複数の他車両の間へ割り込む自車両の車線変更を支援する走行支援装置であって、
　自車両の割り込みに対する他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、広がり度合に基づいて車線変更の許否を判定する予測部と、
　車線変更の許可判定が下された場合には、車線変更を実行する車線変更軌道を決定し、車線変更の禁止判定が下された場合には、車線変更を中断する中断軌道を決定する軌道決定部と、
　を備える。
　開示された走行支援方法のひとつは、車線変更先の車線を走行する複数の他車両の間へ割り込む自車両の車線変更を支援するために、プロセッサにより実行される走行支援方法であって、
　自車両の割り込みに対する他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、広がり度合に基づいて車線変更の許否を判定する予測プロセスと、
　車線変更の許可判定が下された場合には、車線変更を実行する車線変更軌道を決定し、車線変更の禁止判定が下された場合には、車線変更を中断する中断軌道を決定する軌道決定プロセスと、
　を含む。
　開示された走行支援プログラムのひとつは、車線変更先の車線を走行する複数の他車両間へ割り込む自車両の車線変更を支援するために、プロセッサに実行させる命令を含む走行支援プログラムであって、
　命令は、
　自車両の割り込みに対する他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、広がり度合に基づいて車線変更の許否を判定させる予測プロセスと、
　車線変更の許可判定が下された場合には、車線変更を実行する車線変更軌道を決定させ、車線変更の禁止判定が下された判定された場合には、車線変更を中断する中断軌道を決定させる軌道決定プロセスと、
　を含む。
　これらの開示によれば、自車両の割り込みに対する他車両間の車間距離の広がりが予測された上で、車線変更の実行または中断が判断される。故に、車線変更開始前の車間距離が比較的短い場合であっても、車線変更が許可されやすい。以上により、車線変更を容易に実行可能な走行支援、走行支援方法、および走行支援プログラムが提供され得る。
走行支援装置を含むシステムを示す図である。 走行支援装置が有する機能の一例を示すブロック図である。 アグレッシブ度に応じた車間距離の時間変化の違いを示すグラフである。 アグレッシブ度に応じた速度の時間変化の違いを示すグラフである。 広がり度合の予測の方法の一例を説明するための図である。 広がり度合の予測の方法の一例を説明するための図である。 走行支援装置が実行する走行支援方法の一例を示すフローチャートである。 許否判定の処理の詳細を示すフローチャートである。
　（第１実施形態）
　第１実施形態の走行支援装置について、図１～図８を参照しながら説明する。第１実施形態の走行支援装置は、自車両Ａに搭載された電子制御装置である走行支援ＥＣＵ１００によって提供される。自車両Ａは、自動運転機能および高度運転支援機能の少なくとも一方を有している。走行支援ＥＣＵ１００は、自車両Ａの周辺の移動体の挙動を予測し、予測結果に基づいて自車両Ａの走行を支援する。走行支援ＥＣＵ１００は、図１に示すように、ロケータ１０、周辺監視ＥＣＵ２０、車速センサ３０、車載通信器４０および車両制御ＥＣＵ５０と通信バス等を介して接続されている。
　ロケータ１０は、複数の取得情報を組み合わせる複合測位により、自車位置情報等を生成する。ロケータ１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機１１、慣性センサ１２、地図データベース（以下、地図ＤＢ）１３、およびロケータＥＣＵ１４を備えている。ＧＮＳＳ受信機１１は、複数の測位衛星からの測位信号を受信する。慣性センサ１２は、自車両Ａに作用する慣性力を検出するセンサである。慣性センサ１２は、例えば３軸ジャイロセンサおよび３軸加速度センサを備えており、自車両Ａに作用する角速度および加速度を検出する。
　地図ＤＢ１３は、不揮発性メモリであって、リンクデータ、ノードデータ、地形、構造物等の地図情報を格納している。地図情報は、例えば、地形および構造物の特徴点の点群からなる三次元地図である。なお、三次元地図は、ＲＥＭ（Road Experience Management）によって撮像画像をもとに生成されたものであってもよい。また、地図情報には、道路標識情報、交通規制情報、道路工事情報、および気象情報等が含まれていてもよい。地図ＤＢ１３に格納された地図情報は、車載通信器４０にて受信される最新の情報に基づいて、定期的または随時に更新される。
　ロケータＥＣＵ１４は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェース、およびこれらを接続するバス等を備えたマイクロコンピュータを主体として含む構成である。ロケータＥＣＵ１４は、ＧＮＳＳ受信機１１で受信する測位信号、地図ＤＢ１３の地図データ、および慣性センサ１２の計測結果を組み合わせることにより、自車両Ａの位置（以下、自車位置）を逐次測位する。自車位置は、例えば緯度経度の座標で表される構成とすればよい。なお、自車位置の測位には、自車両Ａに搭載された車速センサ３０から逐次出力される信号から求めた走行距離を用いる構成としてもよい。地図データとして、道路形状および構造物の特徴点の点群からなる三次元地図を用いる場合、ロケータＥＣＵ１４は、ＧＮＳＳ受信機１１を用いずに、この三次元地図と、周辺監視センサ２５での検出結果とを用いて、自車位置を特定する構成としてもよい。ロケータＥＣＵ１４は、自車位置情報、自車両Ａの加速度情報、自車両Ａ周辺の地図情報等を、走行支援ＥＣＵ１００へと逐次提供する。
　周辺監視ＥＣＵ２０は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェース、これらを接続するバスを備えるマイクロコンピュータを主体として構成され、メモリに格納された制御プログラムを実行することで各種の処理を実行する。周辺監視ＥＣＵ２０は、周辺監視センサ２５から検出結果を取得し、当該検出結果に基づいて自車の走行環境を認識する。
　周辺監視センサ２５は、自車両Ａの周辺環境を監視する自律センサであり、地物の特徴点の点群を検出するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging/Laser Imaging Detection and Ranging）、および自車両Ａの前方を含んだ所定範囲を撮像する周辺監視カメラ等を含む。また、周辺監視センサ２５は、ミリ波レーダおよびソナー等を含んでいてもよい。
　周辺監視ＥＣＵ２０は、例えば、ＬｉＤＡＲから取得した点群画像や周辺監視カメラから取得した撮像画像等を解析処理することで、自車両Ａの周辺に存在する他車両の有無およびその位置、速度等を認識する。周辺監視ＥＣＵ２０は、以上の他車両に関する情報を、他車両情報として走行支援ＥＣＵ１００へと逐次提供する。
　車載通信器４０は、自車両Ａに搭載される通信モジュールである。車載通信器４０は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）および５Ｇ等の通信規格に沿ったＶ２Ｎ(Vehicle to cellular Network)通信の機能を少なくとも有しており、自車両Ａの周囲の基地局との間で電波を送受信する。車載通信器４０は、路車間（Vehicle to roadside Infrastructure，以下「Ｖ２Ｉ」）通信および車車間（Vehicle to Vehicle，以下「Ｖ２Ｖ」）通信等の機能をさらに有していてもよい。なお、車載通信器４０は、Ｖ２Ｖ通信によって他車両情報を取得し、走行支援ＥＣＵ１００へと提供してもよい。車載通信器４０は、Ｖ２Ｎ通信により、クラウドと車載システムとの連携（Cloud to Car）を可能にする。車載通信器４０の搭載により、自車両Ａは、インターネットに接続可能なコネクテッドカーとなる。
　車両制御ＥＣＵ５０は、自車両Ａの加減速制御および操舵制御を行う電子制御装置である。車両制御ＥＣＵ５０としては、操舵制御を行う操舵ＥＣＵ、加減速制御を行うパワーユニット制御ＥＣＵおよびブレーキＥＣＵ等がある。車両制御ＥＣＵ５０は、自車両Ａに搭載された舵角センサ、車速センサ３０等の各センサから出力される検出信号を取得し、電子制御スロットル、ブレーキアクチュエータ、ＥＰＳ（Electric Power Steering）モータ等の各走行制御デバイスへ制御信号を出力する。車両制御ＥＣＵ５０は、後述の軌道計画を走行支援ＥＣＵ１００から取得し、当該軌道計画に応じた自動運転または高度運転支援を実現するように、各走行制御デバイスを制御する。
　走行支援ＥＣＵ１００は、上述の各構成要素からの情報に基づき、自車両Ａの車線変更を支援する。走行支援ＥＣＵ１００は、メモリ１０１、プロセッサ１０２、入出力インターフェース、およびこれらを接続するバス等を備えたコンピュータを主体として含む構成である。プロセッサ１０２は、演算処理のためのハードウェアである。プロセッサ１０２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）およびＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）－ＣＰＵ等のうち、少なくとも一種類をコアとして含む。
　メモリ１０１は、コンピュータにより読み取り可能なプログラムおよびデータ等を非一時的に格納または記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体および光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）である。メモリ１０１は、後述の走行支援プログラム等、プロセッサ１０２によって実行される種々のプログラムを格納している。
　プロセッサ１０２は、メモリ１０１に格納された走行支援プログラムに含まれる複数の命令を、実行する。これにより走行支援ＥＣＵ１００は、車線変更先の車線を走行する他車両間へ割り込む自車両Ａの車線変更を支援するための機能部を、複数構築する。このように走行支援ＥＣＵ１００では、メモリ１０１に格納されたプログラムが複数の命令をプロセッサ１０２に実行させることで、複数の機能部が構築される。具体的に、走行支援ＥＣＵ１００には、図２に示すように、要否判定部１１０、位置設定部１２０、許否判定部１３０、および軌道計画部１４０等の機能部が構築される。
　要否判定部１１０は、車線変更の要否を判定する。具体的には、要否判定部１１０は、目的地までの走行ルート、自車両Ａの周辺の地図情報、および自車両Ａの周辺の他車両情報等に基づいて、現在の走行シーンが車線変更の必要なシーンか否かを判定する。
　例えば、要否判定部１１０は、現在の車線では目的地へ到達できないまたは遠回りになるシーン（到達困難シーン）にて、車線変更が必要であると判定する。到達困難シーンには、交差点での右折が必要な状況で右折車線以外の車線を走行しているシーン、分岐路において目的地と異なる方面へ向かう車線を走行しているシーン、高速道路からの退出時に出口車線に隣接していない車線を走行しているシーン等が含まれる。加えて、要否判定部１１０は、合流車線を走行している合流シーンにて車線変更が必要であると判定する。さらに、要否判定部１１０は、工事、事故、障害物の存在等により現在車線での走行継続が制限される制限シーンにて、車線変更が必要であると判定する。また、要否判定部１１０は、現在車線の前方に低速の他車両が存在する追い越しシーンにて、車線変更が必要であると判定する。
　加えて、要否判定部１１０は、車線変更が必要であると判定した場合に、当該車線変更の必要度が許容範囲内であるか否かを判定する。具体的には、要否判定部１１０は、現在の走行シーンの種類が到達困難シーン、合流シーン、制限シーンのいずれかである場合に、車線変更の必要度が許容範囲外であると判定する。一方で、要否判定部１１０は、現在の走行シーンが追い越しシーンである場合には、必要度が許容範囲内であると判定する。換言すれば、要否判定部１１０は、車線変更しないと目的地への到着が困難となる、または走行自体の継続が困難となる場合に、必要度が許容範囲外であると判定する。要否判定部１１０は、車線変更の要否の判定結果、および必要と判定した場合の必要度の判定結果を、位置設定部１２０へと逐次提供する。要否判定部１１０は、「必要度判定部」の一例である。
　位置設定部１２０は、他車両間の広がり度合の予測開始位置を設定する。具体的には、位置設定部１２０は、車線変更先の車線（変更先車線）を走行している他車両情報を取得し、車線変更後の自車両Ａの先行車および後続車となる他車両を決定する。換言すれば、位置設定部１２０は、自車両Ａが車線変更により進入する車線変更先スペースを決定する。位置設定部１２０は、例えば、周辺監視センサ２５の検出範囲において最も大きい車間距離を確保している２台の他車両を、車線変更後の先行車および後続車とすればよい。
　また、位置設定部１２０は、決定した後続車について、アグレッシブ度ａを推定する。アグレッシブ度ａは、車間距離の変化に対して反応する他車両の挙動特性を示す指標である。具体的には、アグレッシブ度ａは、他車両が目標とすると想定される車間距離（目標車間距離）に対して、実際の車間距離である実車間距離が異なる場合に、実際の車間距離を目標車間距離へと近付ける際の挙動特性である。実車間距離が目標車間距離よりも大きい場合、図３に示すように、アグレッシブ度ａが大きいほど、より短い時間で車間距離を詰める挙動となる。また、図４に示すように、アグレッシブ度ａが大きいほど、短時間でより高速まで加速し、その後より急速に速度を落とす挙動となる。
　位置設定部１２０は、機械学習によってチューニングされた学習済みモデルによって、アグレッシブ度ａを算出する。学習済みモデルは、例えば、入力データである後続車の位置および速度の時間変化と、出力データであるアグレッシブ度ａとのデータセットに基づく教師あり学習によって生成されればよい。位置設定部１２０は、後続車を決定すると、当該後続車の後続車位置ｘｉおよび後続車速度ｖｉを所定時間（例えば数秒）観測して入力データを取得する。位置設定部１２０は、先行車および後続車の他車両情報および推定したアグレッシブ度ａを、許否判定部１３０へと逐次提供する。加えて、位置設定部１２０は、軌道計画部１４０に現在走行中の車線にて後続車の前方へと到達し、車線変更を準備するための準備軌道を生成させる。
　許否判定部１３０は、位置設定部１２０にて決定された先行車および後続車について、自車両Ａの割り込みに対する他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、車両間への車線変更の許否、すなわち車線変更を許可できるか否かを判定する。許否判定部１３０は、先行車および後続車を質点としたばねモデルを想定し、当該ばねモデルに基づいて広がり度合を予測する。具体的には、許否判定部１３０は、ばねモデルの挙動を基に自車両Ａの割り込みに対する後続車の負の加速度（減速度）を推定し、当該減速度に基づいて、広がり度合を予測する。自車両Ａの割り込みに対する減速度は、自車両Ａによる前方への割り込みに対して車間距離を空ける譲り行動を後続車が取ると仮定した場合に、その譲り行動により期待される減速度である。以下において、当該減速度を「期待減速度」と表記する場合がある。
　期待減速度を算出する方法の一例について、図５，６を参照しながら説明する。変更先車線に他車両Ｂ，Ｃ，Ｄが走行していることを想定し、他車両Ｂの速度をｖｉ－１、位置をｘｉ－１、他車両Ｃの速度をｖｉ、位置をｘｉ、他車両Ｄの速度をｖｉ＋１、位置をｘｉ＋１とする。ここで各位置ｘｉ－１，ｘｉ，ｘｉ＋１は、現在車線の延伸方向における位置である。また、他車両Ｂと他車両Ｃの間の実車間距離をδｉとする。このとき、他車両Ｂと他車両Ｃとの間の理想的な車間距離の値（車間目標値）δｉ￣は、車間時間ｈ、車間距離最小値δｍｉｎとすると、以下の数式（１）で表される。なお、数式（１）では、車間目標値δｉ￣は、δｉの上方にオーバーライン￣が付された記号として示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、車間時間ｈおよび車間距離最小値δｍｉｎは、実車試験結果またはシミュレーション結果等に基づく設計パラメータである。数式（１）より、車間目標値δｉ￣に対する実車間距離δｉの偏差ｅｉは、以下の数式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、他車両Ｃは、加減速制御によって、現在の実車間距離δｉを理想的な車間距離である車間目標値δｉ￣へと収束させていく、すなわち偏差ｅｉを０へと収束させていくと仮定する。このとき、ばねモデルの挙動に基づき、偏差ｅｉとアグレッシブ度ａとを用いて、以下の数式（３）の関係が成り立つと見なすことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、偏差ｅｉを収束させる他車両Ｃの加速度をｕｉとすると、数式（２）および数式（３）より、以下の数式（４）の関係が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図６に示すように、自車両Ａがこの他車両Ｃの前方に車線変更する場合、他車両Ｃは、車線変更開始後に自車両Ａを新たな先行車として認識することとなる。この場合、他車両Ｃは、新たな先行車である自車両Ａとの間の実車間距離δｉを車間目標値δｉ￣に収束させるべく、加速度ｕｉを発生すると仮定できる。減速方向の加速度ｕｉ、すなわち加速度ｕｉの負の値が、自車両Ａの割り込みにより他車両Ｃに期待される期待減速度となる。以上により、期待減速度は、数式（４）と以下の数式（５）に基づき算出可能となる。なお、数式（４）中のｖｉ－１は、自車両Ａの速度ｖｅに置き換えればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　なお、他車両Ｃが自車両Ａを新たな先行車として認識するタイミングは、例えば、ｙｅ＞ｌ／２且つｘｅ≧ｘｉとなったタイミングとすればよい。ここで、ｙｅは現在車線の車線中心Ｌ１ｃからの自車両Ａの横方向（車幅方向）の離隔距離、ｌは車線中心Ｌ１ｃと変更先車線の車線中心Ｌ２ｃとの間隔である。許否判定部１３０は、ロケータＥＣＵ１４から自車位置ｘｅ、車速センサ３０から自車速度ｖｅを取得し、周辺監視ＥＣＵ２０から後続車位置ｘｉおよび後続車速度ｖｉを取得する。また、許否判定部１３０は、車車間通信によって後続車位置ｘｉおよび後続車速度ｖｉを取得してもよい。
　許否判定部１３０は、以上により算出した期待減速度に基づいて、自車両Ａの割り込みに対する後続車の譲り行動による車間距離の広がり度合を予測する。そして、許否判定部１３０は、予測した広がり度合に基づいて、車線変更の許否を判定する。例えば、許否判定部１３０は、後続車と自車両Ａとが衝突せずに割り込み可能と判断できる状態が所定期間継続した場合に、車線変更を許可できると判定する。そして、許否判定部１３０は、衝突せずに割り込み可能と判断できる状態が所定期間継続しない場合には、車線変更を許可できないと判定する。許否判定部１３０は、以上の許否判定を、例えば後続車の前方に到達した段階で開始する。許否判定部１３０は、以上の許否判定を、車線変更完了までの間繰り返し実行する。
　また、許否判定部１３０は、車線変更を実行する軌道である車線変更軌道（以下、ＬＣ軌道）Ｔ１の生成において必要なパラメータを、期待減速度に基づき算出する。具体的には、許否判定部１３０は、車線変更の開始位置、車線変更の開始速度、および車線変更の開始から完了までの時間（完了時間）の３つのパラメータを決定変数とし、最適化問題の解決により、各パラメータを算出する。例えば、許否判定部１３０は、ＬＣ軌道Ｔ１を５次多項式等で仮定し、車線変更において自車両Ａおよび後続車のジャーク（躍度）が最小となるパラメータを探索する。許否判定部１３０は、算出したパラメータを軌道計画部１４０へと提供する。
　なお、許否判定部１３０は、要否判定部１１０にて車線変更の必要度が許容範囲内であると判定された場合には、他車両間の広がり度合に基づく他車両の挙動の予測を中断する。この場合、許否判定部１３０は、線形予測に基づく車線変更の許否判定を実行する。具体的には、許否判定部１３０が、先行車および後続車の速度および位置に基づき、各他車両の現在の速度が維持された場合における、車線変更開始時の車間距離を算出する。そして、許否判定部１３０は、算出した車間距離が閾値を上回っている場合には、車線変更を許可できると判定し、車間距離が閾値を下回っている場合には、車線変更を許可できないと判定する。または、許否判定部１３０は、車間距離の代わりに他車両と自車両Ａとの間の衝突余裕時間を算出し、当該衝突余裕時間に基づいて許否判定を実行してもよい。許否判定部１３０は、期待減速度に基づく許否判定結果または線形予測に基づく許否判定結果のいずれかを、軌道計画部１４０へと逐次提供する。許否判定部１３０は、「予測部」の一例である。
　軌道計画部１４０は、自車両Ａの走行軌道を決定する。例えば、軌道計画部１４０は、位置設定部１２０からの情報に基づいて、車線変更先スペースの側方へと進むことで車線変更を準備する準備軌道を生成する。そして、軌道計画部１４０は、許否判定部１３０にて車線変更を許可できると判定された場合に、車線変更の開始位置から終了位置までのＬＣ軌道Ｔ１を生成する。軌道計画部１４０は、許否判定部１３０にて算出された車線変更の開始位置、開始速度、および完了時間を利用して、ＬＣ軌道Ｔ１を確定させる。
　また、軌道計画部１４０は、許否判定部１３０にて車線変更を許可できないと判定された場合に、車線変更を中断する軌道を生成する中断軌道Ｔ２を生成する。図６に示すように、中断軌道Ｔ２は、現在の走行車線を引き続き走行する軌道である。なお、軌道計画部１４０は、ＬＣ軌道Ｔ１および中断軌道Ｔ２の両方を許否判定前に予め生成し、許否判定結果に応じて採用する軌道を決定してもよい。軌道計画部１４０は、生成した走行軌道Ｔ１，Ｔ２を、車両制御ＥＣＵ５０へと逐次提供する。軌道計画部１４０は、「軌道決定部」の一例である。
　次に、機能部の協働により、走行支援ＥＣＵ１００が走行支援プログラムを実行することで実現される走行支援方法のフローを、図２を参照しつつ、図７，８に従って以下に説明する。図７，８では、車線変更を「ＬＣ」と表記している。なお、後述するフローにおいて「Ｓ」とは、走行支援プログラムに含まれた複数命令によって実行される、フローの複数ステップを意味する。
　まず図７のＳ１０では、要否判定部１１０が、車線変更の要否を判定する。車線変更が不要であると判定された場合には、処理を終了する。車線変更が必要であると判定された場合には、Ｓ２０へと進む。Ｓ２０では、要否判定部１１０が、車線変更の必要度が許容範囲内であるか否かを判定する。許容範囲外であると判定すると、Ｓ３０へと進む。
　Ｓ３０では、位置設定部１２０が、先行車および後続車を特定し、後続車のアグレッシブ度ａを算出する。次に、Ｓ４０では、位置設定部１２０が、他車両挙動の予測開始位置を確定し、車線変更の準備を完了する。Ｓ４０にて、予測開始位置が確定されない場合には、Ｓ３０へと戻り、先行車および後続車を特定し直す。
　Ｓ４０にて車線変更の準備が完了すると、Ｓ５０にて、許否判定部１３０が、後続車の譲り行動を考慮した許否判定を実行する。換言すると、許否判定部１３０が、自車両Ａの割り込みに対する先行車および後続車間の車間距離の広がり度合を予測し、予測結果に基づいて車線変更を許可できるか否かを判定する。
　許否判定部１３０が実行するＳ５０の処理の詳細について図８を参照して説明する。まず、Ｓ５１では、先行車および後続車の位置、速度が取得される。次に、Ｓ５２では、後続車の挙動がシミュレートされる。具体的には、期待減速度の推定に基づき、自車両Ａの割り込みに対する車間距離の広がり度合が算出される。さらに、Ｓ５３では、シミュレートの結果に基づき、割り込み可能か否かが判定される。具体的には、Ｓ５３では、後続車と自車両Ａとが衝突しないと判断できる場合、割り込み可能と判定され、衝突すると判断できる場合、割り込み不可能と判定される。
　Ｓ５３にて割り込み可能であると判定されると、Ｓ５４にて、カウンタがカウントアップされる。一方、Ｓ５３にて割り込み不可能であると判定されると、Ｓ５５にて、カウンタがクリアされる。Ｓ５４またはＳ５５の後、Ｓ５６では、カウンタのカウント数が車線変更を許可する許可値（ＬＣ許可値）に到達したか否かが、判定される。許可値に到達したと判定されると、Ｓ５７にて、車線変更を許可できるとの判定が確定する。
　一方、Ｓ５６にて許可値に到達していないと判定されると、Ｓ５８にて、カウント開始から許容時間経過したか否かが判定される。許容時間経過していないと判定されると、Ｓ５１へと戻る。一方で、許容時間経過したと判定されると、Ｓ５９にて、車線変更を許可できないとの判定が確定する。Ｓ５７またはＳ５９のいずれかが実行されると、図７のＳ７０へと進む。
　一方、Ｓ２０にて、車線変更の必要度が許容範囲内であると判定された場合には、Ｓ６０へと進む。Ｓ６０では、Ｓ４０と同様に、位置設定部１２０が他車両挙動の予測開始位置を確定し、車線変更の準備を完了する。Ｓ６０にて、予測開始位置が確定されない場合には、先行車および後続車を特定し直すことで、車線変更の準備を再度試みる。Ｓ６０で車線変更の準備が完了すると、Ｓ６５にて、許否判定部１３０が、他車両挙動の線形予測に基づく車線変更の許否判定を実行する。
　Ｓ５０またはＳ６５のいずれかの処理が実行されたのち、Ｓ７０では、軌道計画部１４０が、許否判定にて車線変更の許可判定が下されたか禁止判定が下されたかを判断する。許可判定が下されたと判断した場合には、Ｓ８０にて、軌道計画部１４０が、走行軌道としてＬＣ軌道Ｔ１を決定する。Ｓ８０により、車線変更開始前の場合には車線変更が開始され、車線変更中の場合には車線変更が継続されることになる。
　一方、車線変更の禁止判定が下されたと判断した場合には、Ｓ９０にて、軌道計画部１４０が、走行軌道として中断軌道Ｔ２を決定する。Ｓ９０により、車線変更開始前の場合には変更前車線における走行が継続され、車線変更中の場合には変更前車線への復帰が実行されることになる。
　なお、上述のＳ２０が「必要度判定プロセス」、Ｓ５０が「予測プロセス」、Ｓ８０，Ｓ９０が「軌道決定プロセス」の一例である。
　次に第１実施形態のもたらす作用効果について説明する。
　第１実施形態によれば、自車両Ａの割り込みに対する他車両Ｂ，Ｃ間の車間距離の広がりが予測された上で、車線変更の実行または中断が判断される。故に、車線変更開始前の車間距離が比較的短い場合であっても、車線変更が許可されやすい。以上により、車線変更を容易に実行可能となり得る。
　また、第１実施形態によれば、他車両を質点として想定されるばねモデルに基づいて広がり度合が予測される。故に、複数の他車両間の挙動の相互作用をシミュレートし、許否判定に反映し得る。
　加えて、第１実施形態によれば、車線変更後に自車両Ａの後続車となる他車両Ｃに関して、自車両Ａの割り込みに対する期待減速度が推定され、期待減速度に基づいて広がり度合が予測される。故に、自車両Ａの車線変更によって後続車がどの程度減速するかを、許否判定に反映することができる。
　さらに、第１実施形態によれば、車間距離の変化に対する他車両Ｃの挙動特性に基づいて、期待減速度が推定されるので、他車両Ｃの挙動が、より正確に予測され得る。また、第１実施形態によれば、他車両Ｃよりも前方に到達後の車線変更の開始タイミングが、広がり度合に基づいて決定されるので、より確実に車線変更を開始することができる。
　加えて、第１実施形態によれば、車線変更の必要度が許容範囲内であるか否かが判定され、必要度が許容範囲内であると判定された場合には、広がり度合に基づく車線変更の許否の判定を中断される。故に、車線変更の必要度が高い場合と、低い場合とで、車線変更の許否判断を使い分けできる。特に第１実施形態では、割り込みに応じた広がり度合を考慮しない許否判断を行うので、車線変更の必要性が低い場合には、より車間距離に余裕を持たせた車線変更が可能となる。
　（他の実施形態）
　この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。　
　上述の実施形態において、要否判定部１１０は、車線変更が必要な走行シーンの種類に基づいて、車線変更の必要度が許容範囲内であるか否かを判定するとした。これに代えて、要否判定部１１０は、自車両Ａの特定地点までの残距離に基づいて、車線変更の必要度が許容範囲内であるか否かを判定する構成であってもよい。この場合、要否判定部１１０は、特定地点までの残距離が閾距離を上回っている場合には、必要度が許容範囲内であると判定し、残距離が閾距離を下回っている場合には、必要度が許容範囲外であると判定する。特定地点は、例えば、通過すると車線変更が実質的に不可能になる地点であればよい。具体的には、特定地点は、右折車線への車線変更シーンにおける右折地点、分岐路での車線変更シーンにおける分岐地点、合流シーンにおける合流車線の終端等であればよい。
　走行支援ＥＣＵ１００は、デジタル回路およびアナログ回路のうち少なくとも一方をプロセッサとして含んで構成される、専用のコンピュータであってもよい。ここで特にデジタル回路とは、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＳＯＣ（System on a Chip）、ＰＧＡ（Programmable Gate Array）、およびＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のうち、少なくとも一種類である。またこうしたデジタル回路は、プログラムを格納したメモリを、備えていてもよい。
　走行支援ＥＣＵ１００は、１つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供され得る。例えば、上述の実施形態における走行支援ＥＣＵ１００の提供する機能の一部は、他のＥＣＵによって実現されてもよい。

Claims (18)

  1. 　車線変更先の車線を走行する複数の他車両の間へ割り込む自車両（Ａ）の車線変更を支援する走行支援装置であって、
    　前記自車両の割り込みに対する前記他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、前記広がり度合に基づいて前記車線変更の許否を判定する予測部（１３０）と、
    　前記車線変更の許可判定が下された場合には、前記車線変更を実行する車線変更軌道（Ｔ１）を決定し、前記車線変更の禁止判定が下された場合には、前記車線変更を中断する中断軌道（Ｔ２）を決定する軌道決定部（１４０）と、
    　を備える走行支援装置。
  2. 　前記予測部は、複数の前記他車両を質点としたばねモデルを想定し、前記ばねモデルに基づいて前記広がり度合を予測する請求項１に記載の走行支援装置。
  3. 　前記予測部は、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両に関して、前記自車両の割り込みに対する減速度を推定し、前記減速度に基づいて前記広がり度合を予測する請求項１または請求項２に記載の走行支援装置。
  4. 　前記予測部は、前記車間距離の変化に対する前記他車両の挙動特性に基づいて、前記減速度を推定する請求項３に記載の走行支援装置。
  5. 　前記予測部は、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両よりも前方に到達後の車線変更の開始タイミングを、前記広がり度合に基づいて決定する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走行支援装置。
  6. 　前記車線変更の必要度が許容範囲内か否かを判定する必要度判定部（１１０）を備え、
    　前記予測部は、前記必要度が前記許容範囲内であると判定された場合には、前記広がり度合に基づく前記車線変更の許否の判定を中断する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走行支援装置。
  7. 　車線変更先の車線を走行する複数の他車両の間へ割り込む自車両（Ａ）の車線変更を支援するために、プロセッサ（１０２）により実行される走行支援方法であって、
    　前記自車両の割り込みに対する前記他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、前記広がり度合に基づいて前記車線変更の許否を判定する予測プロセス（Ｓ５０）と、
    　前記車線変更の許可判定が下された場合には、前記車線変更を実行する車線変更軌道（Ｔ１）を決定し、前記車線変更の禁止判定が下された場合には、前記車線変更を中断する中断軌道（Ｔ２）を決定する軌道決定プロセス（Ｓ８０，Ｓ９０）と、
    　を含む走行支援方法。
  8. 　前記予測プロセスでは、前記他車両を質点としたばねモデルを想定し、前記ばねモデルに基づいて前記広がり度合を予測する請求項７に記載の走行支援方法。
  9. 　前記予測プロセスでは、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両に関して、前記自車両の割り込みに対する減速度を推定し、前記減速度に基づいて前記広がり度合を予測する請求項７または請求項８に記載の走行支援方法。
  10. 　前記予測プロセスでは、前記車間距離の変化に対する前記他車両の挙動特性に基づいて、前記減速度を推定する請求項９に記載の走行支援方法。
  11. 　前記予測プロセスでは、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両よりも前方に到達後の車線変更の開始タイミングを、前記広がり度合に基づいて決定する請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の走行支援方法。
  12. 　前記車線変更の必要度が許容範囲内か否かを判定する必要度判定プロセス（Ｓ２０）を含み、
    　前記予測プロセスでは、前記必要度が前記許容範囲内であると判定された場合には、前記広がり度合に基づく前記車線変更の許否の判定を中断する請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の走行支援方法。
  13. 　車線変更先の車線を走行する複数の他車両間へ割り込む自車両（Ａ）の車線変更を支援するために、プロセッサ（１０２）に実行させる命令を含む走行支援プログラムであって、
    　前記命令は、
    　前記自車両の割り込みに対する前記他車両間の車間距離の広がり度合を予測し、前記広がり度合に基づいて前記車線変更の許否を判定させる予測プロセス（Ｓ５０）と、
    　前記車線変更の許可判定が下された場合には、前記車線変更を実行する車線変更軌道（Ｔ１）を決定させ、前記車線変更の禁止判定が下された判定された場合には、前記車線変更を中断する中断軌道（Ｔ２）を決定させる軌道決定プロセス（Ｓ８０，Ｓ９０）と、
    　を含む走行支援プログラム。
  14. 　前記予測プロセスでは、前記他車両を質点としたばねモデルを想定し、前記ばねモデルに基づいて前記広がり度合を予測させる請求項１３に記載の走行支援プログラム。
  15. 　前記予測プロセスでは、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両に関して、前記自車両の割り込みに対する減速度を推定させ、前記減速度に基づいて前記広がり度合を予測させる請求項１３または請求項１４に記載の走行支援プログラム。
  16. 　前記予測プロセスでは、前記車間距離の変化に対する前記他車両の挙動特性に基づいて、前記減速度を推定させる請求項１５に記載の走行支援プログラム。
  17. 　前記予測プロセスでは、車線変更後に前記自車両の後続車となる前記他車両よりも前方に到達後の車線変更の開始タイミングを、前記広がり度合に基づいて決定させる請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の走行支援プログラム。
  18. 　前記車線変更の必要度が許容範囲内か否かを判定させる必要度判定プロセス（Ｓ２０）を含み、
    　前記予測プロセスでは、前記必要度が前記許容範囲内であると判定された場合には、前記広がり度合に基づく前記車線変更の許否の判定を中断させる請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の走行支援プログラム。 
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