(57)【要約】【課題】運転者にとって違和感が小さい車両の合流を実現する車両用推奨操作量生成装置を提供する。【解決手段】自車状態検出手段２と、周囲車両検出手段１と、車線検出手段６と、車線の合流終端を検出する合流検出手段５と、各車両の未来の位置と速度の予測手段３ａと、車群全体の状態の望ましさを数値的に評価する評価手段３ｂと、評価手段３ｂで算出される評価値の将来的な予測に基づいて、自車１０および周囲車両１１が取るべき加減速操作および車線変更操作のパターンを算出する推奨操作量算出手段３ｄと、車線の消滅が検出されている合流車線１３上を走行する合流車両１０と、合流車線１３に隣接する本線車線１２上を走行する本線車両１１との位置および速度関係から、合流車両１０が本線車両１１の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定する運転方針決定手段３ｃとを備え、運転方針決定手段３ｃの計算結果に応じて評価手段３ｂに補正を加える構成。【選択図】    図１
2004287672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車の走行状態を検出する自車状態検出手段と、
前記自車の周囲を走行する周囲車両を検出する周囲車両検出手段と、
前記自車の周囲の車線を検出する車線検出手段と、
前記自車の周囲で走行可能な車線が消滅している合流終端を検出する合流検出手段と、
前記自車および前記周囲車両が取り得る操作量から各車両の未来の位置と速度を予測する予測手段と、
前記自車および前記周囲車両の位置、速度、および操作量から、車群全体としての状態の望ましさを数値的に評価する評価手段と、
前記評価手段で算出される評価値の将来的な予測に基づいて、前記自車および前記周囲車両が取るべき加減速操作および車線変更操作のパターンを算出する推奨操作量算出手段と、
車線の消滅が検出されている合流車線上を走行する合流車両と、前記合流車線に隣接する本線車線上を走行する本線車両との位置および速度関係から、前記合流車両が前記本線車両の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定する運転方針決定手段と、を備え、
前記運転方針決定手段の計算結果に応じて前記評価手段に補正を加えることを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
【請求項２】
前記合流検出手段は、
道路上に固定された通信装置と前記自車に搭載された通信装置との路車間通信を通して得られる情報に基づいて前記合流終端を検出することを特徴とする請求項１記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項３】
前記合流検出手段は、
ナビゲーションシステムから得られる道路構造に関する情報に基づいて前記合流終端を検出することを特徴とする請求項１記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項４】
前記合流検出手段は、
無線放送を受信することによって得られる事故および道路工事に関する情報に基づいて前記合流終端を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項５】
前記運転方針決定手段は、
前記合流車両が前記合流終端に到達するまでの時間の予測値である終端到達時間と、
前記合流車両が前記本線車両に追抜かれるまでの時間の予測値である追抜き時間と、
前記合流車両と前記本線車両との相対的な位置および速度の関係から算出される前記合流車両が前記本線車線に車線変更した場合に予想されるリスクの評価値と、
に基づいて前記本線車両の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項６】
前記運転方針決定手段は、
前記リスクの評価値が所定の水準よりも低く、
なおかつ前記終端到達時間が前記追抜き時間よりも所定の値以上に短い場合に前記本線車両の前方に合流すべき、と判断し、それ以外の場合には後方に合流すべき、と判断することを特徴とする請求項５記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項７】
前記評価手段は、
前記合流車両が前記本線車線に車線変更した場合に予想される前記リスクの評価値と、前記合流車両が前記合流車線に留まることで予想されるリスクの評価値との比較を評価に含み、
前記合流車線に留まるリスクが前記車線変更した場合に予想されるリスクを上回る場合に車線変更が指示されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項８】
前記評価手段は、
前記合流車両が前記合流終端に近づくにつれてリスクの評価値が大きく設定されることを特徴とする請求項７記載の車両用推奨操作量生成装置。
【請求項９】
前記評価手段は、
各車両の希望走行車速の想定値と実際の走行車速との偏差を評価に含み、
前記各車両の希望走行車速の想定値を前記運転方針決定手段で決定された運転方針に基づいて補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用推奨操作量生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開平１０−１０５８９５号公報。
【０００３】
以下、車線が消滅する車線を「合流車線」、合流車線に隣接する車線を「本線車線」、合流車線上を走行する車両を「合流車両」、本線車線上を走行する車両を「本線車両」と称して説明する。
上記特許文献では、合流車両が合流地点に到達するまでの時間と、本線車両が合流地点に到達するまでの時間を計算し、二つの車両の合流地点に到達する時刻が接近している場合には、どちらかの車両あるいは両方の車両に制御情報（加減速の制御指令）あるいは警告情報を送信する装置に関する発明が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に開示されている発明においては、合流車両と本線車両の両車両が合流地点に到達する時刻が接近している場合に、単純にどちらかの車両あるいは双方の車両の合流地点到達時間をずらすように加減速の制御指令を送信する構成となっており、指令される加減速指令が運転者に違和感を覚えさせる可能性について十分に考慮していないという問題があった。
本発明の目的は、車両の合流のための制御指令を、運転者にとって違和感が小さいものとすることができる車両用推奨操作量生成装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、自車の走行状態を検出する自車状態検出手段と、自車の周囲車両を検出する周囲車両検出手段と、周囲の車線を検出する車線検出手段と、自車の周囲の合流終端を検出する合流検出手段と、自車および周囲車両が取り得る操作量から各車両の未来の位置と速度を予測する予測手段と、自車および周囲車両の位置、速度、および操作量から、車群全体としての状態の望ましさを評価する評価手段と、評価手段で算出される評価値の将来的な予測に基づいて、自車および周囲車両が取るべき加減速操作および車線変更操作のパターンを算出する推奨操作量算出手段と、合流車線上を走行する合流車両と、本線車線上を走行する本線車両との位置および速度関係から、合流車両が本線車両の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定する運転方針決定手段とを備え、運転方針決定手段の計算結果に応じて評価手段に補正を加えるという構成になっている。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、車両の合流のための制御指令を、運転者にとって違和感の小さいものとすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
実施の形態１
本発明の実施の形態１を、図１から図８までの図面に基づいて説明する。
図１は本実施の形態１の車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは自車両（以下、自車１０と記す）の前面に取り付けられ、自車１０の前方に位置する複数の車両の位置を測定する。画像センサ１ｂも自車１０の前面の適当な位置に取り付けられ、前方レーダー１ａの測定情報を補完するとともに、道路上に引かれた車線を検出する。後方レーダー１ｃは自車１０の背面に取り付けられ、後方に位置する複数の車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは自車１０の左右の側面に一個ずつ取り付けられ、前方レーダー１ａと後方レーダー１ｃの死角となる自車１０の側方に位置する車両の位置を検出する。なお、側方センサ１ｄとしてはレーダーを用いることもできるが、超音波センサや画像センサを用いることができる。
車速センサ２ａはロータリーエンコーダーをホイールに取り付けることで実現できる。ホイールの回転速度に応じた周期のパルス列を出力し、自車１０の車速の計測値を得る。
演算部３はマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、前方レーダー１ａ、画像センサ１ｂ、後方レーダー１ｃ、側方センサ１ｄ、車速センサ２ａからの信号を内蔵メモリに記録されたプログラムに従って処理し、計算結果を表示装置４に送る。
表示装置４は液晶画面などの表示用ディスプレイおよび該ディスプレイに表示する画像を描画するためのマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、演算部３から送られてきた信号を内蔵メモリに記録された描画プログラムに従って処理し、画像をディスプレイに描画することで運転者に情報を提示する。
路車間通信ユニット５ａは、道路側に設置された通信装置から送信される信号を受信し、合流地点付近の道路構造の情報を演算部３に転送する。
【０００８】
演算部３はマイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示す各ブロック、すなわち、予測手段３ａ、評価手段３ｂ、運転方針決定手段３ｃ、推奨操作量算出手段３ｄを構成する。また、図２に示すように、車速センサ２ａにより自車状態検出手段２が、前方レーダー１ａ、画像センサ１ｂ、後方レーダー１ｃ、側方センサ１ｄの周囲センサにより周囲車両検出手段１が、車線検出器としての画像センサ１ｂにより車線検出手段６が、路車間通信ユニット５ａにより合流検出手段５が構成されている。図２の演算部３において、３ｆは周囲環境情報、３ｇは補正内容を示す。
【０００９】
以下、図３に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロックの具体的な構成方法を説明する。
図３は一車線の本線車線１２に合流車線１３が接続している状況を示している。図３では、合流点付近の道路を三つの区間に分割して取り扱える場面を考えている。すなわち、手前側の合流禁止区間１４においては、二つの車線１２、１３は物理的に区切られているか、あるいは道路交通規則上進入を禁止されている区間が設けられているなどして、相互に移動できない区間として扱われる。合流禁止区間１４に続く合流可能区間１５は、両車線１２、１３の間を自由に移動することができる区間として扱われる。合流終端部において合流車線１３は途切れて本線車線１２のみが走行可能な車線となる。ここでは、車線の進行方向にｘ軸を取り、合流可能区間１５の合流始端をｘｂｅｇｉｎ、合流終端をｘｅｎｄと表記する。
このような道路状況において、自車（合流車両）１０が合流車線１３を走行しており、本線車線１２上の自車１０の後方に他車（本線車両）１１が走行している場面を考える。自車１０の位置と速度を表す変数をそれぞれｘＭ、ｖＭと表記し、他車１１の位置と速度を表す変数をそれぞれｘＴ、ｖＴと表記する。また、合流車線１３上を走行する自車１０の車線位置を表す変数としてｙＭを導入し、合流車線１３上を走行している状態を−１、本線車線１２上を走行している状態を１と定義する。なお、本線車線１２上を走行する他車１１が合流車線１３に車線変更してくるようなことは通常考えられないので、他車１１については本線車線１２上を走り続けるものとして車線位置を表す変数は定義しない。
周囲車両検出手段１を構成する周囲センサ１ａ〜１ｄからの情報により、自車１０と他車１１との相対的な位置と速度が得られるので、座標系の原点を適当に定めることにより、ｘＭとｘＴの値を得ることができる。また、自車状態検出手段２を構成する車速センサ２ａからの情報により、自車１０の速度ｖＭが得られるので、相対速度に自車１０の速度を足すことで他車１１の速度ｖＴの値も得ることができる。車線検出手段６から得られる情報からｙＭの値も得ることができる。さらに、道路上の適当な位置に固定された路車間通信ユニット（図示せず）と車載側の路車間通信ユニット５ａとの通信により、合流始端ｘｂｅｇｉｎと合流終端ｘｅｎｄの情報を得ることができる。以上、各センサ１ａ〜１ｄ、２ａ、５ａの測定信号はすべて演算部３へと伝達され、上記で説明したような処理を施すことにより、自車１０の位置ｘＭ、自車１０の速度ｖＭ、自車１０の車線位置を表す変数ｙＭ、他車１１の位置ｘＴ、他車１１の速度ｖＴ、合流始端ｘｂｅｇｉｎ、合流終端ｘｅｎｄの値が定まり、これらの情報が周囲環境情報３ｆとしてまとめて保持される。
【００１０】
演算部３における予測手段３ａは、自車１０および他車１１が取り得る操作に対して、各車両１０、１１がどのように動くかを予測計算するブロックである。具体的には、例えば以下のような微分方程式で構成することができる。
【００１１】
【数１】
2004287672.tif 000003
【００１２】
【数２】
2004287672.tif 000004
ここで、ｕｘＴ、ｕｘＭは、それぞれ本線車両１１、合流車両１０の加減速指令値、ｕｙＭは合流車両１０の車線変更に関する指令値であり、ここでは変数ｙＭに対する指令値として定義される。すなわち、合流車線１３に留まる場合に−１、本線車線１２に合流する場合に１という値を取る。ωは適当な正の定数であり、指令値ｕｙＭの値が−１から１へとステップ的に変化した場合に、変数ｙＭが−１から１へと遷移するのにかかる時間と、現実の車線変更動作において車線変更を開始してから完了するまでにかかる時間とがおおよそ等しくなるような値に設定される。以上の微分方程式により、本線車両１１および合流車両１０の操作を表すｕｘＴ、ｕｘＭ、ｕｙＭの時系列パターンと、各変数の初期値を与えると、そのような操作に対応して本線車両１１と合流車両１０がどのように動いていくかを計算することができる。各変数の初期値は測定された周囲環境情報３ｆによって与えられる。以上が予測手段３ａの処理内容である。
なお、「・」は時間微分を表し、括弧（  ）付きの数式においては「・」は変数の上にあるものとし、上付きの「・」と、変数の上にある「・」は同意とする。
【００１３】
評価手段３ｂは、本線車両１１と合流車両１０が実行する操作、およびそのような操作を取った場合に予想される未来の周囲環境の望ましさを、適当な基準を導入することによって数値的に評価するブロックである。具体的には、例えば、以下のような評価関数を定義することで評価を行なうことができる。
【００１４】
【数３】
2004287672.tif 000005
ただし、ｘ（τ）＝（ｘＴ（τ）ｖＴ（τ）ｘＭ（τ）ｖＭ（τ）ｙＭ（τ））Ｔ、ｕ（τ）＝（ｕｘＴ（τ）ｕｘＭ（τ）ｕｙＭ（τ））Ｔであり、ｔは現実に経過している時間を表す変数、τは予測計算を行なう際に時間を表す変数、Ｔは予測時間の長さを表す定数である。評価関数Ｌは時刻τにおける車群の状態ｘおよび操作量ｕの望ましさを適当な基準のもとに数値的に測る関数であり、ここではその値が小さいほど望ましい状態である関数として定義する。同様に、評価関数ψは予測の終端時刻における車群の状態ｘの望ましさを測る関数である。
（３）式は、時刻ｔにおいて入力ｕ（τ）、ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔを加えた場合に予想される評価を表している。このような評価を導入することで、本線車両１１および合流車両１０がどのような操作を行なえば適切な合流挙動を実現できるのかを評価することが可能になる。そこで、（３）式の評価ができるだけ良くなるような操作を制御指令として運転者に提示すれば、合流場面における運転を支援することができる。
評価関数Ｌは望ましい運転に対する要請を表現したいくつかの関数から構成され、各関数の線形加重和を取ることによって一つの関数としてまとめられる。具体的な関数の構成方法の一例を以下に示す。
一つ目の要請として、加減速の操作がなるべく小さいという要請を考えることができる。これは、大きな加減速は運転者や乗員に不快感や違和感を与える恐れがある、ということを考慮した要請である。このような要請を表現する関数として、次のような関数を導入する。
【００１５】
【数４】
2004287672.tif 000006
二つ目の要請として、頻繁に車線変更を行なわないという要請を考えることができる。これは、本線車線１２に合流することを指令した後に再度合流車線１３に戻るような指令が算出されることを防ぐ目的がある。具体的には、
【００１６】
【数５】
2004287672.tif 000007
という関数で表現される。
三つ目の要請として、なるべく各車１０、１１の希望走行車速に近い速度で走行を続ける、という要請を考えることができる。この要請も、希望走行車速と大きく離れた速度での走行を強いられることは、運転者に不快感や違和感を与える恐れがあることに対応したものである。具体的には、
【００１７】
【数６】
2004287672.tif 000008
という関数で表現される。ここで、ｖＴ＊、ｖＭ＊はそれぞれ本線車両１１と合流車両１０の希望走行車速（目標車速）を表すパラメータである。
四つ目の要請として、合流車両１０が合流車線１３にいる場合には合流終端ｘｅｎｄに近づき過ぎず、本線車線１２にいる場合には本線車両１１に近づき過ぎない、という要請を考えることができる。これは、余裕のある合流を実現するための基本的な要請である。ここでは、合流終端ｘｅｎｄに近づき過ぎないという要請を、合流車両１０が合流車線１３に留まることに対するリスクとして表現し、合流車両１０が本線車両１１に近づき過ぎないという要請は、両車１０、１１の縦方向の位置と速度の関係から定義されるリスクによって表現する。合流車線１３に留まることに関するリスクを表現する関数として、ＭＰ（ｘＭ）を導入する。具体的な関数形として、例えば図４に示すような関数を考えることができる。図４において、ＭＰｍｉｎ、ＭＰｍａｘはそれぞれリスク関数の最小値と最大値、αは０から１までの値を取る定数である。図４に示すように、合流終端ｘｅｎｄに向けてリスクの値を上げることによって、合流終端ｘｅｎｄの付近では本線車線１２へ車線変更することをより重視する制御指令が算出されることが期待できる。
本線車両１１と合流車両１０との間のリスクについては、ここでは車間時間（車間距離／追従車両速度）と衝突時間（車間距離／相対速度）の逆数で評価するものとする。具体的なリスク関数として、
【００１８】
【数７】
2004287672.tif 000009
【００１９】
【数８】
2004287672.tif 000010
を導入する。ただし、βは０から１までの値を取る定数である。以上で導入した合流車線１３に留まることに対するリスク関数ＭＰ（ｘＭ）と、本線車線１２に車線変更することに対するリスク関数ＲＰ（ｘＴ，ｖＴ，ｘＭ，ｖＭ）を合流車両１０の走行車線の位置によって切り替わるような構成としたものが、四つ目の要請の表現関数となる。すなわち、
【００２０】
【数９】
2004287672.tif 000011
のような表現関数を構成することができる。ここで、関数ｃは、ｃ（−１）＝０、ｃ（１）＝１を満たす連続関数であり、例えば、
【００２１】
【数１０】
2004287672.tif 000012
のような関数を用いることができる。
以上の各評価項の線形加重和によって、全体の評価を表す評価関数Ｌが次式のように構成される。
【００２２】
【数１１】
2004287672.tif 000013
一方、関数ψは必ずしも定義する必要はない。後で説明する運転方針決定手段３ｃの計算結果を評価に反映する手段の一つとして利用することができるので、運転方針決定手段３ｃの説明の部分で改めて例を示す。
以上が評価手段３ｂの構成例である。
【００２３】
予測手段３ａに関する（１）、（２）式と、評価手段３ｂに関する（３）、（１１）式が定義されると、（３）式の評価関数を最小とするようなｕを求めるという最適制御問題を定義することができる。最適制御問題を解いて得られた解は、評価関数が適切に設計されていれば、適切な合流挙動を再現する操作量になっていると期待できる。従って、算出された操作量を運転者に提示することで、合流挙動のアシストが実現できる。自車１０以外の車両については、必ずしも最適制御問題の解として得られた操作と同じ操作をするとは限らないが、評価関数が適切に設計されていれば、得られた操作は標準的な運転者が取ると予想される運転操作の良い予測になっていることが期待できる。また、仮に予測が外れた場合でも、最適解の更新を随時行なっていく構成とすれば、予測が外れた時点で新たな予測に基づく解が計算されるので、新たな状況に対応した操作量を提示することができる。
最適制御問題の系統的な解法はよく研究されており（例えば、文献１：加藤寛一郎著  工学的最適制御  非線形へのアプローチ、文献２：Ｔ．  Ｏｈｔｓｕｋａ，  “Ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ／ＧＭＲＥＳ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｆａｓｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｏｆ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｒｅｃｅｄｉｎｇ  ｈｏｒｉｚｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ”  Ｐｒｏｃ．  ３９ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，  ｐｐ．７６６−７７１，  ２０００．  など）、効率的に解を計算する手法が数多く提案されている。推奨操作量算出手段３ｄはそのような計算を実行することによって、実際に推奨操作量を算出する処理を行なうブロックである。
最適制御問題の解として得られる操作量は、評価手段３ｂの中に取り入れる評価項の設計次第によって、従来技術では十分に考慮されていなかった運転者の不快感や違和感を効果的に抑制することが期待できる。しかし、合流場面において運転者にとってより重要な情報は、本線車両１１の前方に合流すればよいのか、後方に合流すればよいのか、を直接的に指示する情報であると思われる。評価手段３ｂを構成する各関数には、こうした判断を直接的に表現する要素は存在せず、最適化計算を行なってみて初めて前方に合流すべきか後方に合流すべきかがわかるという構成である。しかし、そのような構成では、設計者側にとっても運転者側にとっても、最適化計算の計算内容を直感的に理解しにくい。また、最適化問題を解くアルゴリズムによっては、必ずしも大域的に最適な解が得られるわけではなく、局所的な最適解が解として得られてしまうことも多い。その場合、過度に保守的な解や、逆に設計者が意図したよりもリスクの高い解が得られる可能性があり、そうした場合には運転者に大きな違和感を与えてしまうことになる。
【００２４】
そのような問題を解決するために導入されたのが、運転方針決定手段３ｃである。合流車両１０が本線車両１１の前方に合流すべきか後方に合流すべきかの判定自体は、最適化計算のような複雑な計算手段に頼らなくても、もっと簡単な方法で計算することが可能であり、むしろ直感的には簡単な方法で計算した方がわかりやすい。合流挙動の個人差を考慮する場合も、直感的にわかりやすいロジックで構成した方が、チューニングが容易になる。
判定結果に沿った運転操作が算出されるように評価手段３ｂを構成する関数を修正すれば、最適化アルゴリズムが不適切な局所最適解を算出するリスクも減少することが期待できる。
ここでは、運転方針決定手段３ｃとして、図５に示すような構成の判定ロジックの例を説明する。
図５において、３ｃ−１は指標算出部、３ｃ−２は判断ロジックマップ、３ｃ−３は評価関数補正部である。３ｆは周囲環境情報、３ｇは補正内容である。
指標算出部３ｃ−１では、合流判断の基準となる指標を算出する。本実施の形態１においては、三つの指標に基づいて判断を行なう。
一つ目の指標は、合流車両１０が現在の車速を保った場合に、合流終端ｘｅｎｄまで到達するまでの時間である終端到達時間ＴＴＥで、次式で計算される。
【００２５】
【数１２】
2004287672.tif 000014
二つ目の指標は、合流車両１０と本線車両１１が共に現在の車速を保った場合に、本線車両１１が合流車両１０を追い抜くまでの時間である追抜き時間ＴＴＰで、次式で計算される。
【００２６】
【数１３】
2004287672.tif 000015
追抜き時間ＴＴＰは、合流車両１０が本線車両１１の前方を走行し、なおかつ本線車両１１の速度が合流車両１０の速度よりも速い場合でないと意味をなさないが、意味をなさない場合にはそのことを示すフラグを立てることにより、識別するものとする。
三つ目の指標は、合流車両１０が本線車線１２に車線変更した場合に予想されるリスク（リスク関数ＲＰ）で、（７）、（８）式を流用する。
判断ロジックマップ３ｃ−２では、指標算出部３ｃ−１で算出した指標をもとに本線車両１１の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを判定する。具体的なマップの例として、図６に示すようなマップを利用することができる。
【００２７】
図６のマップは次のような考え方に基づいて設計されている。
終端到達時間ＴＴＥと追抜き時間ＴＴＰの値が接近している場合、両車１０、１１が現在の車速を保つと、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに到達する頃に、ちょうど合流車両１０と本線車両１１が並走する状態となる。並走状態では合流が困難であることから、合流車両１０が減速するか、本線車両１１が加速するなどして、終端到達時間ＴＴＥと追抜き時間ＴＴＰの値が離れるようにしなければならない。そのような領域を領域２と名づけ、判定の閾値である定数ΔＴによって、次式を満たすような領域として定義する。
【００２８】
【数１４】
2004287672.tif 000016
本実施の形態１では、周囲状況が領域２に属していると判定された場合には、合流車両１０の方が減速して、本線車両１１の後方へ合流するべき、と判断するロジックを構成する。
終端到達時間ＴＴＥの値が、追抜き時間ＴＴＰの値よりも十分に大きい場合には、両車１０、１１が現在の車速を保った場合に、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに到達する前に、本線車両１１が合流車両１０を追い抜くことが予想される。すなわち、合流車両１０は現在の車速を保っていれば、余裕をもって合流することが可能になると予想できるので、この場合も本線車両１１の後方へ合流するべき、と判断するロジックを構成する。この領域を領域１と名づけ、次式を満たすような領域として定義する。
【００２９】
【数１５】
2004287672.tif 000017
終端到達時間ＴＴＥの値が、追抜き時間ＴＴＰの値よりも十分に小さい場合には、両車１０、１１が現在の車速を保った場合に、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに到達しても、まだ本線車両１１が合流車両１０の後方を走行している状態であることが予想される。これは、本線車両１１と合流車両１０との距離にかなり余裕がある状態と考えられる。従って、合流車両１０が加速すれば本線車両１１の前方に余裕をもって合流できると期待できる。そこで、この領域を領域３と名づけ、次式を満たす領域として定義する。
【００３０】
【数１６】
2004287672.tif 000018
実際には、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに接近している場合には、本線車両１１との間に十分な余裕がなくても、領域３と判定される場合がある。そこで、本線車両１１との潜在リスク関数ＲＰを算出し、リスク関数ＲＰが所定の値ＲＰｍｉｎよりも小さい場合にのみ、領域３に属すると判定し、本線車両１１の前方へ合流するべき、と判断するロジックを構成する。もし、リスク関数ＲＰが所定の値ＲＰｍｉｎよりも大きい場合には、領域２に属するものと判定し、本線車両１１の後方へ合流するべき、と判断する。
なお、本線車両１１が合流車両１０を追い抜くまでの追抜き時間ＴＴＰが正常に算出されない場合は、本線車両１１がすでに合流車両１０を追い抜いているか、本線車両１１の速度が合流車両１０の速度よりも遅いかのどちらかである。前者の場合を領域４と名づけ、本線車両１１の後方へ合流するべき、と判断する。後者の場合を領域５と名づけ、本線車両１１の前方へ合流するべき、と判断する。
なお、合流車両１０が現在の車速を保った場合に合流終端ｘｅｎｄまで到達するまでの終端到達時間ＴＴＥが負になるのは、既に合流を終えて合流終端ｘｅｎｄを通過した場合になるので、判断を下す必要はない。
【００３１】
図５の評価関数補正部３ｃ−３では、判断ロジックマップ３ｃ−２の判断結果を受けて、評価手段３ｂ（図２）で定義される評価関数の補正内容を決定する。単純な方法としては、判断の結果に応じて、（３）式の関数ψを設定することが考えられる。関数ψは予測時刻終端における状態を評価する関数である。そこで、予測終端における合流車両１０と本線車両１１との縦方向の位置関係を評価し、もし本線車両１１の前方へ合流すべき、と判断されている場合には、ｘＴ（ｔ＋Ｔ）−ｘＭ（ｔ＋Ｔ）の値が小さければ小さいほどよい、という関数を設定し、逆に本線車両１１の後方へ合流すべき、と判断されている場合には、ｘＭ（ｔ＋Ｔ）−ｘＴ（ｔ＋Ｔ）の値が小さければ小さいほどよい、とする関数を設定する。具体的には、例えば
【００３２】
【数１７】
2004287672.tif 000019
という関数が考えられる。ここで、ｗＰは重みパラメータである。
別の補正方法として、（６）式における希望車速のパラメータｖＭ＊を補正する方法が考えられる。判断ロジックマップ３ｃ−２によって、合流車両１０が取るべき操作が判断できたのであれば、そのような操作を実現するために合流車両１０が走行すべき走行車速を見積もることが可能である。そこで、見積もられた合流車両１０が走行すべき走行車速を（６）式における合流車両１０の希望車速のパラメータｖＭ＊に反映させれば、判断ロジックマップ３ｃ−２における判断内容に沿った推奨操作量を計算することができる。
例えば、領域１においては、合流車両１０が現在の車速を維持していれば、余裕を持って本線車両１１の後方に合流することができると予想されているので、目標車速を現在の車速と同じ値に設定すればよい。
一方、領域３においては、加速することによって本線車両１１の前方に余裕を持って合流が可能であると予想されている。合流車線１３における走行速度は、通常、本線車線１２における本来の走行車速（例えば、本線車線１２における制限最高速度）よりも低いので、本線車線１２における本来の走行車速を目標値に設定することが考えられる。あるいは、単純に本線車両１１の車速よりも所定の値だけ速い速度を設定する方法もある。
【００３３】
領域２は、このままの状態では余裕を持った合流が困難なことが予想される領域である。従って、領域１かあるいは領域３の状態に移行できるような操作を行なわなければならない。本線車両１１の後方に合流するという判断を下した場合には、まず現在の周囲環境を領域１へと移行させることが必要である。そこで、領域１へと移行するために必要な車速を計算することになる。領域１とは、（１５）式で定義される領域であるから、領域１へと移行するのに必要な車速は次式をｖＭについて解くことで計算することができる。
【００３４】
【数１８】
2004287672.tif 000020
ただし、ｋは１以上の値を取る適当な定数である。（１８）式を解いて得られた解を、目標車速ｖＭ＊として設定する。
領域４は領域１に、領域５は領域３に準じて目標車速を設定すればよい。また、本線車線１２に合流した後は、本線車線１２における本来の走行車速が目標車速に設定される。
以上が、評価関数補正部３ｃ−３の処理の例である。なお、ここでは本線車両１１の目標車速は一定として、合流車両１０の目標車速だけを補正する例を説明したが、本線車両１１の目標車速も補正の対象とするロジックを構成することも可能である。
補正内容が図２の評価手段３ｂにおける評価関数に反映された上で、推奨操作量算出手段３ｄの処理が行なわれ、推奨操作量として、ｕｘＴ（τ）、ｕｘＭ（τ）、ｕｙＭ（τ）、ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔが算出される。算出された解は、表示装置４に転送され、表示のための処理を施した上で、運転者に提示される。提示の方法としては、単純に自車に対する推奨操作量であるｕｘＭ（τ）とｕｙＭ（τ）を表示する方法や、あるいは得られた解の操作を実際に行なった場合に予想される結果を（１）、（２）式を用いて計算し、Ｔ秒後の周囲環境の予想図を表示する方法などが考えられる。さらに、運転方針決定手段３ｃにおいて計算された判断（本線車両１１の前方に合流すべきか、あるいは後方に合流すべきか）を併せて表示することで、よりわかりやすい情報提示とすることができる。
【００３５】
図７（ａ）に、図３の場面における推奨操作量算出手段３ｄによる推奨操作量の算出結果を示し、図７（ｂ）に表示装置４による運転者への表示方法の例を示す。図３の場面では、合流車両１０と本線車両１１の関係が、図２の運転方針決定手段３ｃによって、図６の領域２の状態であると判定される。従って、合流車両１０に対しては本線車両１１の後方へと合流するために減速した後で車線変更を行なう推奨操作量が算出される。一方、本線車両１１に関しては、一定速度を維持した後で、合流車両１０の車線変更に対応するためにわずかに加速を行なう推奨操作量が算出される。これらの操作量を取った場合に予想される各車１０、１１の挙動を算出し、表示装置４には現在（ここでは、ｔ＝０と仮定）および予測時間の終端であるτ＝Ｔにおける各車１０、１１の位置を模式的に表示する。また、運転方針決定手段３ｃにおいて後方に合流すべき、と判定されたことを、図７（ｂ）のごとく下向きの矢印と文字メッセージで併せて表示する。
【００３６】
以上の本実施の形態１における演算部３による処理の内容を図８のフローチャートにまとめる。
ステップ１では、路車間通信ユニット５ａ（図１、図２）の通信を通して、合流路に関する情報を取得する。具体的には、図３の合流可能区間１５の始端ｘｂｅｇｉｎと終端ｘｅｎｄの情報を得る。
ステップ２では、周囲車両検出手段１を構成する各センサ１ａ〜１ｄからの情報を読み込む。
ステップ３では、自車状態検出手段２を構成する車速センサ２ａからの情報を読み込む。ステップ２とステップ３の処理によって、自車１０および周囲車両情報であるｘの値が確定する。
ステップ４では、デフォルトの評価関数を読み込む。
ステップ５では、運転方針決定手段３ｃにおいて用いられる合流判断の基準となる指標を計算する。本実施の形態１の場合、合流車両１０が現在の車速を保った場合に合流終端ｘｅｎｄまで到達するまでの終端到達時間ＴＴＥ、本線車両１１が合流車両１０を追い抜くまでの追抜き時間ＴＴＰ、本線車線１２に車線変更することに対するリスク関数ＲＰの三つの指標が、指標算出部３ｃ−１によって算出される。
ステップ６では、ステップ５で指標算出部３ｃ−１により算出された指標と、判断ロジックマップ３ｃ−２とが照合され、現在の周囲環境において本線車両１１の前方へ合流すべきか、後方に合流すべきか、に関する判定が行なわれる。
ステップ７では、ステップ６における判定結果を参照して、評価関数補正部３ｃ−３により評価関数の補正内容を決定する。具体的には、終端評価項（予測の終端時刻における車群の状態ｘの望ましさを測る関数ψ）を設定する方法と、合流車両１０の目標車速ｖＭ＊を設定する方法を上記で説明した。
ステップ８では、運転方針決定手段３ｃの評価関数補正部３ｃ−３により補正された評価関数と、評価手段３ｂと、あらかじめ設定されている予測手段３ａから、推奨操作量算出手段３ｄを用いて、推奨操作量を算出する。
ステップ９では、推奨操作量算出手段３ｄにより算出された推奨操作量を受けて、運転者に対する運転支援情報が表示装置４に提示される。
以上説明したように本実施の形態１の車両用推奨操作量生成装置では、自車１０の走行状態を検出する自車状態検出手段２と、自車１０の周囲を走行する周囲車両１１を検出する周囲車両検出手段１と、自車１０の周囲の車線を検出する車線検出手段６と、自車１０の周囲で走行可能な車線が消滅している合流終端ｘｅｎｄを検出する合流検出手段５と、自車１０および周囲車両１１が取り得る操作量から各車両１０、１１の未来の位置と速度を予測する予測手段３ａと、自車１０および周囲車両１１の位置、速度、および操作量から、車群全体としての状態の望ましさを数値的に評価する評価手段３ｂと、評価手段３ｂで算出される評価値の将来的な予測に基づいて、自車１０および周囲車両１１が取るべき加減速操作および車線変更操作のパターンを算出する推奨操作量算出手段３ｄと、車線の消滅が検出されている合流車線１３上を走行する合流車両１０と、合流車線１３に隣接する本線車線１２上を走行する本線車両１１との位置および速度関係から、合流車両１０が本線車両１１の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定する運転方針決定手段３ｃとを備え、運転方針決定手段３ｃの計算結果に応じて評価手段３ｂに補正を加えるという構成になっている。
このように本実施の形態１では、運転方針決定手段３ｃによって本線車線１２を走行する本線車両１１の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを判定し、判定した結果を評価手段３ｂの補正を通して反映させる構成となっている。運転方針決定手段３ｃを導入することによって、どのように合流すべきかに関するシステム側の判断を明確にすることができる他、運転方針決定手段３ｃの処理内容を変更することで、さまざまな運転者の合流特性に合わせた判断を再現することができる。また、評価手段３ｂの評価項の中に運転者にとっての違和感を抑制する項を含ませることで、算出される合流のための制御指令を、運転方針決定手段３ｃの判定結果に沿いつつ、運転者にとって違和感の小さいものにすることができる。すなわち、挙動の明確さと違和感の小ささを両立した制御指令を算出することができる。
【００３７】
また、合流検出手段５が、道路上に固定された通信装置と自車１０に搭載された通信装置との路車間通信（路車間通信ユニット５ａ）を通して得られる情報に基づいて合流終端ｘｅｎｄを検出するという構成になっている。このように、路車間通信を利用することで、合流区間における道路構造に関する情報を高精度で得ることができるので、より精度、信頼性の高い制御指令を計算することができる。
また、運転方針決定手段３ｃが、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに到達するまでの時間の予測値である終端到達時間ＴＴＥと、合流車両１０が本線車両１１に追抜かれるまでの時間の予測値である追抜き時間ＴＴＰと、合流車両１０と本線車両１１との相対的な位置および速度の関係から算出される合流車両１０が本線車線１２に車線変更した場合に予想されるリスクの評価値（リスク関数ＲＰ）とに基づいて本線車両の前方に合流すべきか後方に合流すべきかを決定するという構成になっている。このように、合流可能な道路の区間が点ではなく長さをもった区間であるとみなせる合流車線１３において、終端到達時間ＴＴＥと追抜き時間ＴＴＰとを比較することで、現在の車速水準を保った場合に、合流終端ｘｅｎｄ付近に到達するまでに余裕をもって合流するチャンスがあるかどうかを判定することができる。すなわち、前記特許文献に記載された従来技術では、合流地点を点で表現する構成となっているため、所定の広がりを持った区間内のどこでも合流可能であるような道路においては合流地点をあらかじめ決めなければいけないという問題があったが、本実施の形態１ではこの問題を解決できる。本線車線１２に車線変更した場合のリスクＲＰを併せて考慮することで、余裕のある合流を実現するために加速すべきなのか減速すべきなのかについての適切な判断を下すことができる。
【００３８】
また、運転方針決定手段３ｃが、リスクの評価値が所定の水準よりも低く、なおかつ終端到達時間ＴＴＥが追抜き時間ＴＴＰよりも所定の値以上に短い場合に本線車両１１の前方に合流すべきと判断し、それ以外の場合には後方に合流すべきと判断するという構成になっている。このように、現在の車速水準を保っていては本線車両１１に追い抜かれる前に合流終端ｘｅｎｄに到達してしまうことが予想され、なおかつ本線車両１１と十分な余裕がある場合にのみ、本線車両１１の前方へ合流すべきであると判断するロジックを構成しているので、慎重な合流判断に基づいて制御指令を計算することができる。
また、評価手段３ｂが、合流車両１０が本線車線１２に車線変更した場合に予想されるリスクの評価値ＲＰと、合流車両１０が合流車線１３に留まることで予想されるリスクの評価値ＲＰとの比較を評価に含み、合流車線１３に留まるリスクＭＰが車線変更した場合に予想されるリスクＲＰを上回る場合に車線変更が指示されるという構成になっている。このように、合流車線１３に留まることに対するリスクＭＰを導入し、本線車線１２に合流することで予想されるリスクＲＰと比較することで合流の可否を判断しているので、合流可能な区間が点ではなく長さをもった区間であるとみなせる道路においても、合流すべき位置とタイミングを具体的に計算することができる。
【００３９】
また、評価手段３ｂが、合流車両１０が合流終端ｘｅｎｄに近づくにつれてリスクの評価値ＲＰが大きく設定されるという構成になっている。このように、合流終端ｘｅｎｄに近づくほど合流車線１３に留まることに対するリスクＭＰを大きく見積もっているので、合流終端ｘｅｎｄに近づくにつれて合流を指示するような制御指令が得られやすくなり、合流できないまま合流終端ｘｅｎｄまで到達してしまう制御指令が生成されることを抑制することができる。
【００４０】
また、評価手段３ｂが、各車両１０、１１の希望走行車速の想定値ｖＴ＊、ｖＭ＊と実際の走行車速との偏差を評価に含み、各車両１０、１１の希望走行車速の想定値ｖＴ＊、ｖＭ＊を運転方針決定手段３ｃで決定された運転方針に基づいて補正するという構成になっている。このように、希望走行車速というパラメータを通して運転方針に関する判断を制御指令の計算に反映させるという構成になっているので、パラメータの変更という簡単な数学的操作だけで運転方針決定手段の判断結果を制御指令の計算結果に反映させることができる。
【００４１】
以上が本発明の実施の形態１である。
【００４２】
実施の形態２
本発明の実施の形態２を、図９から図１１までの図面に基づいて説明する。
図９は本実施の形態２の車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な配置図である。基本的な構成は実施の形態１と同じであり、唯一異なるのは、合流検出手段５（図２参照）として、路車間通信ユニット（図１の５ａ）ではなく、ナビゲーションシステム５ｂが搭載されていることである。すなわち、本実施の形態２においては、合流車線に関する情報を路車間通信ではなく、ナビゲーションシステム５ｂから得る構成となっている。図２に示した実施の形態１における演算部３の構成と各ブロックの処理の内容は、実施の形態２においてもまったく同一である。
【００４３】
図１０の場面における装置の動作について説明する。図１０は実施の形態１の適用場面の例である図３の場面と、自車と他車とが入れ替わっただけで、あとはまったく同一の場面である。図１０において、１０ａは本線車両（自車）、１１ａは合流車両（他車）である。
図１０において、自車１０ａはナビゲーションシステム５ｂから現在値情報と地図情報データベースの情報を得て、自車１０ａの走行車線である本線車線１２の右側の車線が合流車線１３であり、前方で自車１０ａの本線車線１２に合流してくることを検出する。すなわち、自車１０ａの右側の合流車線１３を走行する車両が合流車両１１ａであると判別する。
以後の処理は、実施の形態１とまったく同じように進み、推奨操作量としてｕｘＴ（τ）、ｕｘＭ（τ）、ｕｙＭ（τ）、ｔ≦τ≦ｔ＋Ｔが算出される。
運転者に提示する情報についても、実施の形態１と同種のものを用いることができる。例えば、図１０の場面における表示装置４の表示内容は、図１１（ｂ）のようなものになる。
このように本実施の形態２では、合流検出手段（図２の５参照）が、ナビゲーションシステム５ｂ（図９）から得られる道路構造に関する情報に基づいて合流終端ｘｅｎｄを検出するという構成になっている。従って、ナビゲーションシステム５ｂから得られる現在位置に関する情報と地図情報データベースに記録されている道路の構造に関する情報を照合することで、どの車線が前方において消滅する合流車線に該当しているのかを判別することができる。
【００４４】
以上が本発明の実施の形態２である。
【００４５】
実施の形態３
本発明の実施の形態３を、図１２および図１３の図面に基づいて説明する。
本実施の形態３の配置図は、図９に示した実施の形態２と同一である。ただし、本実施の形態３のナビゲーションシステム５ｂにおいては、ＧＰＳ信号だけでなく、ＦＭ多重放送等の道路情報に関する信号を受信する機能も備えているものとする。
図１２に本実施の形態３の適用場面の一例を示す。図１２は自車１０が右車線を走行し、左車線後方に他車１１が走行している場面である。本実施の形態３においては、道路工事や事故等に伴う規制された車線（規制車線１７）の情報を受信して、自車１０が該当地点に近づいた場合に、規制車線１７を合流車線とみなして運転者に推奨操作量を提示する構成としている。自車１０の前方の右車線（規制車線１７）では事故による車線規制が行なわれていて、事実上、車線が消滅している。本実施の形態３では、そのような車線規制の情報を道路情報信号を受信することで検出する。規制されている車線は、実施の形態１、２における合流車線と同種の車線であるとみなし、車線規制が行なわれている手前の適当な地点に仮想的な合流終端ｘｅｎｄを設定する。そのようにして、合流終端ｘｅｎｄを設定すると、推奨操作量生成の問題は、数学的には実施の形態１、２とまったく同じ問題となり、実施の形態１、２の演算部３と同じアルゴリズムによって、推奨操作量を生成することができる。
運転者に提示する情報についても、実施の形態１、２と同種のものを用いることができる。例えば、図１２の場面における表示装置４の表示内容は、図１３（ｂ）のようなものになる。
【００４６】
このように本実施の形態３では、合流検出手段（図２の５参照）が、ＦＭ多重放送等の無線放送を受信することによって得られる事故および道路工事に関する情報に基づいて合流終端ｘｅｎｄを検出するという構成になっている。従って、無線放送で提供される事故、工事等による車線規制の情報を取り込むことで、地図情報データベースだけでは把握しきれない車線の消滅地点に関する情報が得られ、より多様な場面に対応できる。
【００４７】
以上が本発明の実施の形態３である。
【００４８】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用推奨操作量生成装置の配置図である。
【図２】本発明の実施の形態１における装置の機能別ブロックの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の適用場面の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における合流車線に留まることに対するリスク関数の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における運転方針決定手段のブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態１の運転方針決定手段における判断ロジックマップの一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における推奨操作量の算出結果とその表示方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１における処理のフローチャートを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２の車両用推奨操作量生成装置の一配置図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の適用場面の一例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における推奨操作量の算出結果とその表示方法の一例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３の適用場面の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における推奨操作量の算出結果とその表示方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…周囲車両検出手段
１ａ…前方レーダー
１ｂ…画像センサ
１ｃ…後方レーダー
１ｄ…側方センサ
２…自車状態検出手段
２ａ…車速センサ
３…演算部
３ａ…予測手段
３ｂ…評価手段
３ｃ…運転方針決定手段
３ｃ−１…指標算出部
３ｃ−２…判断ロジックマップ
３ｃ−３…評価関数補正部
３ｄ…推奨操作量算出手段
３ｆ…周囲環境情報
３ｇ…補正内容
４…表示装置
５…合流検出手段
５ａ…路車間通信ユニット
５ｂ…ナビゲーションシステム
６…車線検出手段
６ａ…
１０…合流車両（自車）
１０ａ…本線車両（自車）
１１…本線車両（他車）
１１ｂ…合流車両（他車）
１２…本線車線
１３…合流車線
１４…合流禁止区間
１５…合流可能区間
１６…合流完了区間
１７…規制車線
【図１】
2004287672.tif 000021
【図２】
2004287672.tif 000022
【図３】
2004287672.tif 000023
【図４】
2004287672.tif 000024
【図５】
2004287672.tif 000025
【図６】
2004287672.tif 000026
【図７】
2004287672.tif 000027
【図８】
2004287672.tif 000028
【図９】
2004287672.tif 000029
【図１０】
2004287672.tif 000030
【図１１】
2004287672.tif 000031
【図１２】
2004287672.tif 000032
【図１３】
2004287672.tif 000033