(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上の複数の車群における車両密度を検出する車両密度検出手段と、
前記車両密度検出手段によって検出された車両密度と推奨車両密度とを比較する比較手段と、
前記車群に対して、車群の車両密度が目標車両密度となるように指令を出す制御手段と、
を備え、
前記比較手段による比較の結果、車両密度が前記推奨車両密度よりも大きい車群が存在する場合に、前記制御手段は、車両密度が前記推奨車両密度よりも大きい車群よりも後方の車群に対して、目標車両密度を前記推奨車両密度として指令する、
ことを特徴とする隊列走行制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
比較手段による比較の結果、ボトルネック部を通過する車群の車両密度が前記推奨車両密度未満である場合に、前記制御手段は、ボトルネック部を通過する車群の後方の車群に対して、ボトルネック部を通過する車群の車両密度を目標車両密度とする指令を行う、ことを特徴とする隊列走行制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
比較手段による比較の結果、ボトルネック部を通過する車群の車両密度が前記推奨車両密度未満である場合に、前記制御手段は、ボトルネック部を通過する車群の後方の車群に対して、車両密度の変動なしでボトルネック部を通過できるようにするための目標車両密度を指令する、ことを特徴とする隊列走行制御装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、
ボトルネック部後方の車群の車両密度が大きい場合は、ボトルネック部を通過する車群に対して、その前方にある車群との距離を縮めるための目標車両密度を指令する、ことを特徴とする隊列走行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渋滞回避を行うようにした隊列走行制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速道路や自動車専用道路においては、渋滞が大きな問題となる。特に、車線減少部、トンネル入口、登坂路入口、急カーブ入口等のボトルネック部で渋滞が発生し易いものとなる。特許文献１には、個々の車両に対して、ボトルネック部に到達するまでに交通流量が最大となる速度と車間距離となるように、個々の車両に対する指令を行うものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、渋滞の発生は、多数の車両が連なって走行している状態で、ボトルネック部においてある車両が大きく減速したときに、後続車両がさらに大きな減速を行い、その結果が後方の車両に順次伝播されて、もっとも後方（上流側）付近にある車両が極端な場合には停止してしまうことになる。連なって走行している車両数が少ない場合は、ボトルネック部において例えば先頭車両が大きく減速しても、その影響は数台の後方車両が減速するという程度ですみ、渋滞にな至らないものとなる。特許文献１に記載のように、車両個々についてその速度や車間距離を制御しても、多数の車両が連なって走行している場合には、ボトルネック部での渋滞を回避するには限界がある。
【０００５】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、多数の車両が連なって走行していることにより起因する渋滞をより確実に回避できるようにした隊列走行制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明にあっては基本的に、複数の車両が連なって走行している状態を１つの車群として把握して、この車群の車両密度（単位距離あたりの走行台数）を渋滞回避できる範囲内に収まる方向に制御するようにしてある。具体的には、ある車群の車両密度が推奨車両密度よりも大きくなったときに、その後方にある車群の目標車両密度を推奨車両密度となる方向に制御するようにしてある。本発明によれば、１つの車群が渋滞を生じる可能性が高くなるような大きな車両密度となっているときは、その後方の車群の車両密度が推奨車両密度とされることにより、車両密度の高い前方の車群に後方の車群が連なって大きな１つの車群に集合してしまう事態が未然に防止されて、渋滞回避されることになる。
【０００７】
本発明の好ましい態様は、次のとおりである。すなわち、ボトルネック部にある車群の車両密度が推奨車両密度未満である場合は、ボトルネック部にある車群の車両密度を、その後方の車群の目標車両密度とすることができる（請求項２対応）。この場合、後方にあった車群がボトルネック部を通過する際に、大きく車両密度が上昇することなく（つまり渋滞を発生させることなく）、ボトルネック部をスムーズに通過させる上で好ましいものとなる。
【０００８】
ボトルネック部の後方にある車群の目標車両密度を、ボトルネック部を車両密度の変動なして通過できるようなものとして設定することができる（請求項３対応）。この場合、ボトルネック部で捌ききれない車両が後方へあふれてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。
【０００９】
ボトルネック部後方の車群の車両密度が高い場合は、ボトルネック部を通過する車群に対して、その前方の車群との距離が小さくなるように制御することができる（請求項４対応）。この場合、車群の前方にあるスペースを有効に利用して、ボトルネック部を通過している車群に対して後方の車群が合流して大きな１つの車群になってしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１つの車群に含まれる車両台数が多くなりすぎることを未然に防止して、渋滞を効果的に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の制御系統例を示すブロック図。
【図２】交通量と平均速度とをパラメータとしたときの渋滞相と自由相とメタ安定相との分布を示す図。
【図３】渋滞が発生する様子と渋滞が回避される様子とを説明する図。
【図４】目標車両密度とするための具体例を説明する図。
【図５】本発明の制御例を示すフローチャート。
【図６】ボトルネック部で交通量があふれた状態を示すと共に、ボトルネック部手前の車群についてボトルネック部の交通量に合わせた車両密度とした場合を示す図。
【図７】ボトルネック部の交通量を超えないように車両密度を調整する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１において、車両（自動車）におけるＡＣＣ装置（自動定速走行装置）１が破線で囲む部分として示される。このＡＣＣ装置１は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）Ｕと、このコントローラＵに対して入力あるいは出力される各部Ｓ１〜Ｓ８を有する。Ｓ１は、操作部であり、ＡＣＣ装置１の電源ＯＮ、ＯＦＦと、ＡＣＣ制御の選択と、ＡＣＣ制御を一時中断したときの復帰の指令と、後述する渋滞回避走行の選択を行うるものとなる。Ｓ２は、目標車速を入力する目標車速入力部である。Ｓ３は、目標車間（前方車両との離間距離）を入力する目標車間入力部である。Ｓ４は、ＡＣＣ装置１の現在の設定状況を表示する表示部である。Ｓ５は、アクセル、ブレーキを含む車両操作部であり、アクセルが操作されたとき、あるいはブレーキ操作されたときにコントローラＵに操作信号を出力する。Ｓ６は、運動計測部で、例えば車両の加減速度やヨーレートが計測される。Ｓ７は車両制御部で、アクセルとブレーキとされる(自動アクセル、自動ブレーキ）。Ｓ８は、前方車両との車間距離を計測する車間距離計測部である（例えばレー等により構成）。
【００１３】
コントローラＵは、目標車速が入力されたとき、目標車速を維持するように車両制御部Ｓ７を制御する。また、コントローラＵは、目標車間距離が入力されたときは、車間距離計測部Ｓ８で計測された前方車両との距離が目標車間距離となるように車両制御部Ｓ７を制御する。さらに、コントローラＵは、目標車速と目標車間距離との両方が入力されたとき、車間距離が目標車間距離よりも小さくならない範囲でもって、目標車速となるように車両制御部Ｓ７を制御する。目標車速あるいは目標車間距離となるように制御しているときに、運転者によりアクセルあるいはブレーキが操作されると（車両運転操舵部Ｓ５からの信号が入力されると）、コントローラＵは、目標車速とする制御および目標車間距離とする制御を中断し、制御の中断中に操作部Ｓ１から制御復帰の指令を受けると、再度目標車速あるいは目標車間距離とする制御が開始する（制御復帰）。なお、上述のようなＡＣＣ装置１の制御内容そのものは、従来と同じなので、これ以上の説明は省略する。なお、操作部Ｓ１において、渋滞回避走行が選択されているときは、上述した通常のＡＣＣ制御に代えて、後述する渋滞回避走行とされる（渋滞回避のために自動減速や自動加速が行われる）。
【００１４】
コントローラＵには、車両外部に設けられた例えば交通管制センターＴＣからの制御信号が入力される（車両と交通管制センターＴＣとは例えば路車間通信等によって信号授受が行われる）。この交通管制センターＴＣからの制御信号は、算出部１１で算出されたもので、後述するように目標車両密度に対応したものであり、実施形態では目標減速度（目標加速度となる場合もあり）と減速（加速）終了地点とされる。減速終了地点確認のために、コントローラＵには、図示を略すがＧＰＳ信号（車両の位置信号）が入力される。なお、減速終了地点に代えて、減速終了時間とすることもでき、この場合はＧＰＳ信号は不要となる。
【００１５】
上記目標減速度と減速終了地点を算出するために、交通管制センターＴＣは、３つの車両密度算出部１２〜１４を有する。算出部１２は、ボトルネック部を通過している車群の車両密度を算出するものである。算出部１３は、自車両を含む車群の車両密度を算出するものである。算出部１４は、自車両が属する車群の後方にある車群の車両密度を算出するものである。
【００１６】
車両密度について、図３（Ａ）を参照しつつ説明する。まず、車両密度は、１走行車線についての単位距離（例えば１ｋｍ）あたりの走行台数である。車両密度の算出のために、道路（高速道路、自動車専用道路）２１には、所定距離毎（例えば１ｋｍごと）に車両感知器（トラフィックカウンタ）２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ・・・・が設けられている。交通管制センターＴＣは、各車両感知器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ・・・を通過する車両数をカウントして、隣合う車両感知器間の走行台数（つまり車両密度）を算出する。図３では、車両感知器２２Ａは、ボトルネック部に設けられ、車両感知器２２Ｂは、ボトルネック部の１つ手前に設けられ、２２Ｃはボトルネック部の２つ手前に設けられている。
【００１７】
図３（Ａ）において、車両感知器２２Ａと２２Ｂとの間の車群がＣ１として示され、この車群Ｃ１に含まれる車両が、その先頭側からＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４として示される。同様に、車両感知器２２Ｂと２２Ｃとの間の車群がＣ２として示され、この車群Ｃ２に含まれる車両が、その先頭側からＣ２１、Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２４として示される。さらに、車両感知器２２Ｃ上流側の車群がＣ３として示され、この車群Ｃ３に含まれる車両が、その先頭側からＣ３１、Ｃ３２として示される。なお、図３では、各車群に含まれる車両数は少なく描いてあるが、実際には、例えば１０台〜６０台というように多くの車両を含むものを想定している。より具体的には、車両密度が７０台／ｋｍになると、わずかなきっかけで渋滞が発生する要因となり、このため、１つの車群における車両密度が例えば７０台未満となるように、後述するように車両密度制御が行われる。
【００１８】
図３（Ａ）の状態では、車群Ｃ２の最後方車両Ｃ２４は、その直前の車両Ｃ２３とは間隔が大きくあいた状態となっている一方、車群Ｃ３の車両Ｃ３１とは間隔が小さいものとなっている。いま、車両密度制御を実行しない場合は、後方の車両は前方の車両に近づくように走行してしまい、図３（Ａ）の状態から時間経過した状態となる図３（Ｃ）に示すように、車群Ｃ２の先頭車両が車両感知器２２Ａに到達したときに、車両Ｃ２３とＣ２４との間隔が小さくなり、かつ車両Ｃ２４の直後方に後方の車群であった車群Ｃ３の先頭車両Ｃ３１やこれに続く車両Ｃ３２が間隔のつまった状態で連なることになる。つまり、図３（Ａ）の状態から何もしなければ、車群Ｃ２と車群Ｃ３とが１つの車群に集合してしまうことになる。
【００１９】
一方、車群Ｃ３の先頭車両Ｃ３１に対して、交通管制センターＴＣからある車両密度を維持するように指令して、この指令どおりに車両Ｃ３１のＡＣＣ装置１が作動することにより、図３（Ｂ）に示すように、前方の車群Ｃ２との車間距離が大きく確保された状態となる。すなわち、自由走行している車両Ｃ２４はその直前方の車両Ｃ２３に接近するも、車両Ｃ３１は車両Ｃ２４と大きな車間距離を維持した状態となり、車群Ｃ２と車群Ｃ３とが大きく離れた状態が確保される。なお、車両Ｃ３１の後方の車両Ｃ３２は、車両Ｃ３１の減速に伴って減速して、車群Ｃ３を維持する。つまり、ある車群の一部の車両が例えば減速した場合、その後続車両も減速することになり、ある車群の全ての車両が本発明による制御対象とならない場合であっても、車群同士の合流を防止することが可能となる（自由走行する一部の車両の中には、前方の車群に追いついたり、逆に後方の車群に追いつかれることがあっても、車群同士の合流には至らない）。
【００２０】
このように、前方の車群に対して後方の車群が接近して１つの車群に集合してしまう事態が防止され、これにより、１つの車群の車両密度が大きくなり過ぎることに起因する渋滞発生が防止される。特に、車両密度が極めて大きい（例えば７０台／ｋｍ）の車群がボトルネック部に到達すると、このボトルネック部で渋滞発生となる可能性が極めて高いものとなる。１つの車群に含まれる車両数を限定する（車両密度をある所定しきい値以下とする）ことにより、このような渋滞発生が防止されることになる。
【００２１】
図２は、交通量と平均速度をパラメータとして、スムーズに走行できる自由相と、渋滞が生じている渋滞相と、渋滞に至らないまでもわずかなきっかけで渋滞になる可能性が極めて高いメタ安定相との分布状態が示されている。この図２において、原点を通る右肩上がりの直線が臨海密度線であり、この臨海密度線よりも右方側の領域（特に右下方領域）において、渋滞相が生じる。そして、原点を通りかつ臨海密度線よりも若干左方側に位置する特性線が、推奨密度線となる。車両密度がこの推奨密度線よりも左方側にあるように、車両密度を制御することにより、渋滞回避となる。なお、車両密度を推奨車両密度よりも十分小さくすることも考えられるが、この場合は、単位時間あたりの走行量が低下するので、渋滞回避と交通量確保との両方を満足させるために、推奨車両密度で走行するのが理想的となる。
【００２２】
図２では、車頭時間が示されるが、車頭時間は、既知のように、ある特定地点を先行車両が通過した後に、次の車両がこの特定地点を通過するまでの時間であり、車頭時間が大きい（長い）ほど、スムーズに走行できることとなる。図３○印は、ボトルネック部での平均速度と平均車両密度を示すものであり、この○印部分での平均車頭時間は２秒程度とかなり小さいものとなる。また、原点と上記○印とを結ぶ直線がＢＮ密度線として示され、推奨車両密度はＢＮ密度線よりも若干小さくなるように設定されている。図２のようなデータは、道路（のボトルネック部）ごとに、データベースとして交通管制センターＴＣに記憶されているものである。
【００２３】
図２☆印は、ボトルネック部での平均速度と推奨車両密度との交点であり、この交点部分での平均車頭時間が、車両密度を推奨車両密度にするための目標平均車頭時間となる。図２中、△印は、車両密度が推奨車両密度よりも十分小さいが、後方の交通量が大きい場合に、車両密度を推奨車両密度に近づくようにすることにより、後方の車群との間隔を確保して、その後の渋滞を未然に防止する上で好ましいものとなる。
【００２４】
次に、図４を参照しつつ、車両Ｃ３１に着目して、その前方の車群（の最後方の車両Ｃ２４）と集合しない（十分な車間距離を確保する）制御例について説明する。なお、図４は、図３（Ａ）におけるものに対応しているが、車群Ｃ２の車両は図３（Ａ）の場合よりも１台多く示され、その先頭車両がＣ２０で示される。なお、車両Ｃ２４は、自由走行して、前方車両に接近するように走行するものとしてある。
【００２５】
まず、車群Ｃ３の先頭車両Ｃ３１の現在速度がＶcurとされる。隣り合う車両感知器２２Ｂと２２Ｃの距離がＬ０とされる。また、車群Ｃ２の先頭車両Ｃ２０との車頭時間にその平均速度を乗算した距離が先頭車両Ｃ２０までの距離Ｌ１とされる。そして、車群Ｃ２がの先頭車両Ｃ２０がボトルネック部（車両感知器２２Ａ）に到達するまでの時間Ｔ１が、「（Ｌ０−Ｌ１）／車群Ｃ２の平均速度」とされる。さらに、車群Ｃ２の先頭車両Ｃ２０がボトルネック部（車両感知器２２Ａ）に到達した時点において、車群Ｃ２の目標平均車頭時間に通過台数（車群Ｃ２の台数）を乗算した値が距離Ｌ２とされる。前記時間Ｔ１経過時点において、ボトルネック部（車両感知器２２Ａ）から距離Ｌ２だけ手前位置で車群Ｃ３の先頭車両Ｃ３０が到達するには、ボトルネック部から距離Ｌ２分だけ手前位置まで次に示す式（１）のような条件を満足する減速度Ａtgt（加速度の場合も有り）で減速すればよいことになる。なお、Ｌtgt＝減速距離＝Ｌ０−Ｌ２（減速終了地点の設定ともなる）で、Ｔtgt＝減速時間＝Ｔ１である。
【００２６】
Ｌtgt＝Ｖcur×Ｔtgt＋Ａtgt×Ｔtgt×Ｔtgt／２
【００２７】
上記のような関係を満足する目標減速度tgtを算出して、この目標減速度Ａtgtとなるように車両Ｃ３１を制御すればよいことになる（車両Ｃ３１におけるＡＣＣ装置１での渋滞回避制御の実行）。ただし、目標加減速度Ａtgtが最小値Ａlimitよりも小さいときは、わずかな加減速を行うのを裂けるべく（メリハリをつけるべく）、ＡｔｇｔをＡlimitに設定するのが好ましい。車両Ｃ３１に対して、上記のように設定された減速時間Ｔ１の間に目標加減速度tgtでもって速度変更することにより、車両Ｃ３１が車両Ｃ２４に接近してしまう事態が防止されることになる。
【００２８】
図５は、図４で説明した制御を行うためのフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。また、図５の制御（図４で説明した制御）は、図１の操作部Ｓ１において、渋滞回避走行を選択していることが前提とされる。さらに、以下の制御では、自車両（図４の車両Ｃ３１に相当）についての制御となる。
【００２９】
以上のことを前提として、Ｑ１において、ボトルネック部を通過する車群と自車両が属する車群と自車両が属する車群の後方の車群とについて、その車両密度と平均速度が算出される。
【００３０】
Ｑ１の後、Ｑ２において、ボトルネック部を通過する車群の車両密度が推奨車両密度よりも大きいか否かが判別される。このＱ２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３において、目標車両密度として、推奨車両密度（交通容量を極力大きくしつつ渋滞回避できる車両密度である）が設定される。この後、Ｑ４において、目標平均車頭時間が演算される（図２に示すデータに基づく読み込み）。この後、Ｑ５において、目標減速度（前述のＡtgt）と減速終了地点（ボトルネック部から距離Ｌ２手前位置）が演算される。Ｑ５で演算された目標減速度と減速終了地点に関する情報は、自車両のＡＣＣ装置１に入力されて、入力された情報にしたがうように自車両の減速が行われる。
【００３１】
前記Ｑ２の判別でＮＯのときは、Ｑ６において、目標車両密度として、ボトルネック部の車両密度が設定される。この後、Ｑ４に移行される。Ｑ６のように、ボトルネック部の車両密度を目標車両密度とすることにより、自車両がボトルネック部に到達したときに、ボトルネック部をスムーズに通過できることになる。
【００３２】
図６は、ボトルネック部において、車両密度がボトルネック部の交通量（交通容量）を超えてしまうこときの状況を示してある。すなわち、ボトルネック部において、その交通量を超えた分は（ハッチングを付して示す）、さばききれないため、車列が後方へ長くなる（延長される）ことになる。このようにボトルネック部で交通量があふれてしまうときは、その後方の車群について、あらかじめボトルネック部の交通量以下となるように車両密度を調整すればよく、このような調整によって、後方車群がボトルネック部を通過するときは、車列が長くなることなく、そのままの速度を維持して通過できることになる。
【００３３】
図７は、車両密度の高い車群について、車両密度が小さくなるように制御することにより、交通量をあらかじめ低下させることを示している。図７ハッチングを付した部分が、ボトルネック部の交通量を超えた分となる。この場合、車群の前方に余裕スペースがある場合は、先頭車両およびその付近の車両について加速するように指令して、ボトルネック部でさばききれない余分な交通量を前側に移行させることによって調整することができる。逆に、後方に余裕スペースがある場合は、車群の後方部分の車両について減速するように指令して、さばききれない余分な交通量分を後方側へ移行させることによって調整することができる。
【００３４】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。図１に示す算出部１１の機能は、車両側に持たせるようにしてもよい。車群としての管理は、ある所定台数（例えば１０台）以上として、これ以下の車両数の場合は制御対象外とすることもできる（渋滞発生の可能性が極めて低いことと、制御の簡単化）。ある車群と隣の車群との区別は、所定距離以上あるいは所定車頭時間以上離れてことを条件として行うことができる。１つの車群の例えば中間部を境にして、その後側部分の車両について減速指令して、１つの車群を２つの車群に分割させる制御を行うこともできる（３以上の車群に分割することもできる）。車両密度に関連した渋滞回避制御用の情報は、ＡＣＣ装置１を有しない車両に対しては、表示や音声によって報知してもよく、あるいはあ道路標識への表示によって報知するようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものであり、また本発明は制御方法として把握することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は渋滞回避の技術として効果的である。
【符号の説明】
【００３６】
１：ＡＣＣ装置
Ｃ１〜Ｃ３：車群
Ｃ３１：自車両（車群Ｃ３に属する）
Ｓ７：車両制御部（速度変更）
１１：目標減速度、減速終了地点算出部
１２〜１４：車両密度算出部
２２Ａ〜２２Ｃ：車両感知器（車両密度検出用）
Ｕ：コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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