交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2

高速道路サグ部渋滞対策に資する ACC の将来性能と渋滞緩和効果
Impact Assessment of Future Performance of Adaptive Cruise Control
for Congestion Mitigation at Expressway Sag Sections
鈴木 一史 1，山田 康右 2，堀口 良太 3，岩武 宏一 4
Kazufumi SUZUKI 1, Kosuke YAMADA 2, Ryota HORIGUCHI 3 and Koichi IWATAKE 4
都市間高速道路の渋滞の約 6 割を占める高速道路サグ部の渋滞対策として、速度に応じて一定の車間を維持可能な ACC の活用が期待されている。しかしながらどのような ACC の性能が交通円滑化に寄与す
るかは、必ずしも明らかではない。そこで、サグ部の渋滞緩和に資する ACC の性能を制御規範（車間時間制御または車頭時間制御）、制御目標、加速性能、過渡応答特性の観点から検討し、渋滞発生前の車線利用適正化および車間適正化、渋滞発生後の速度回復を図る渋滞対策サービスについて、ミクロ交通シミュレーションにより各性能案の ACC 車を混入させたときの渋滞発生確率、渋滞発生後捌け交通量を評価した。また、東名高速道路下り大和サグ部を対象に、各渋滞対策サービスを実施した際の ACC
車の混入率に応じた渋滞損失時間の削減率を各性能別に試算した。
Keywords: 高速道路サグ部，渋滞対策，ACC，追従挙動，シミュレーション
1. はじめに
都市間高速道路の渋滞の約 6 割はサグ部で発生してお渋滞発生前
路側通信装置り、その対策が重要な課題となっている。高速道路サグ

車線利用適正化サービス

交通状況把握センサ

走行車線の利用を促す情報を提供し、車線利用の平準化を図る

部における渋滞要因として、渋滞発生前では、追越車線
への交通集中による車線利用の偏り、密な車群の形成による減速波の増幅伝播、上り勾配での無意識な速度低下

車間適正化サービス
速度に応じた適切な車間を維持して車群を安定させ、勾配変化によらず先行車に遅れずに追従による流率低下等があり、渋滞発生後では、渋滞先頭位
置通過後の速度回復の遅れ、渋滞巻き込まれ時間の増大

渋滞発生後による追従意欲の鈍化等が既往研究例えば 1) 2)において指摘

路側通信装置

追従･速度回復サービス

交通状況把握センサ

渋滞区間走行中の漫然運転を防ぎ、渋滞先頭位
置通過後は加速を促し速やかな速度回復を図るされている。これら要因の多くはドライバの運転挙動特性によるものであり、ドライバへの運転支援により望ましい運転挙動に改善できれば、サグ部における渋滞の抑制あるいは緩和に繋がる可能性がある。
一方で近年、自動車メーカ各社から ACC (Adaptive

図 1 ACC を活用した高速道路サグ部渋滞対策サービス

Cruise Control)と呼ばれる、速度に応じて車間を一定に維正化して交通流の整流化を図ることで渋滞発生を抑制し、持することでドライバの疲労低減・快適性向上に寄与す

渋滞発生後には、追従・速度回復サービスにより先行車

る装備を搭載した車両が既に市販化されており、その交に遅れずに追従するとともに、渋滞先頭位置通過後の加3)通渋滞対策への応用が期待されている 。これに対して速を促して速やかに速度回復することで渋滞緩和を図る

国土技術政策総合研究所では、2010 年に「高速道路サグ

ものである。車線利用適正化サービスについては、既に部等交通円滑化研究会」
を設置し、国内の自動車メーカ、

2014 年 1 月より東名高速(上り/下り)大和サグ付近にお高速道路会社も含め、ACC 等の自動車技術と連携した渋いて、ITS スポット対応カーナビを通じて情報提供が開滞対策サービス(図 1)について検討を進めてきた。この始されている。車間適正化サービスおよび追従・速度回

サービスは既往知見に基づき大きく 3 つに分けられ、渋復サービスについては、ボトルネック手前の路側から情滞発生前には、車線利用適正化サービスにより車線利用

報提供を受けたドライバが ACC を作動させることで、を平準化した上で、車間適正化サービスにより車間を適ドライバには困難な適正車間の維持や勾配変化区間での

1
2
3
4

正会員，博士（工学），国土交通省国土技術政策総合研究所 高度道路交通システム研究室〒305-0804 茨城県つくば市旭 1
e-mail: suzuki-k92td@nilim.go.jp
Phone: 029-864-4496
正会員，修士（工学），パシフィックコンサルタンツ(株) 交通政策部
正会員，博士（工学）・TOE，(株)アイ・トランスポート・ラボ
正会員，修士（工学），国土交通省国土技術政策総合研究所 高度道路交通システム研究室
B̲60

交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2

表 1 本研究で検討対象とする ACC の性能案
将来性能 A

現行性能（参考）

制御規範および

加速性能
過渡応答特性

減速波の増幅率(隊列シミュレーション)

将来性能 C

設定速度 100km/h

設定速度
制御目標

将来性能 B

車間時間制御車頭時間制御車間時間 1.85 秒 (M 設定) 車間時間 1.55 秒

車頭時間 2.00 秒

車頭時間 1.80 秒

臨界時 1,700 台/時

臨界時 1,990 台/時

どの速度域でもどの速度域でも渋滞時 1,560 台/時

渋滞時 1,800 台/時

流率 1,800 台/時

流率 2,000 台/時

全速度域での穏やかな加速

低速度域ではエコドライブの「ふんわり加速」相当

a=0.60 m/s2

a=1.20 m/s2

b=2.80 m/s2

b=1.60 m/s2

いずれも 1 より大1-2 台目： 0.92

1-2 台目： 0.84

1-2 台目： 0.94

7-8 台目： 0.98

7-8 台目： 0.80

7-8 台目： 0.98

無意識な速度低下の防止により渋滞緩和が期待できる。

ており、ドライバによる運転に比べて加速が緩慢な点でこれら ACC を活用した渋滞対策サービスの実現には、ある。そのため、上り勾配や渋滞先頭付近など、低速域

ACC の有する速度に応じて適切な車間を維持する特性から加速する際には速度回復が遅れがちになると懸念さがドライバよりも優れていることが前提であるが、高速れる。したがって、低速域での俊敏な加速と高速域での域での乗り心地を重視した設計となっている現行の穏やかな加速を両立する加速性能が求められる。

ACC の性能(以下、現行性能)では、必ずしも十分な渋滞

3 点目は、先行車が一時的に減速したときに、減速波

緩和効果は認められないことが既往研究例えば 4)5)等においを増幅させてしまう点 6)である。減速波を増幅伝播させて報告されている。したがって、ACC を活用した渋滞対ない過渡応答特性が必要となる。

策サービスの実現に向けては、交通円滑化の観点からも

なお、現在市販車に搭載されている ACC の多くは高新たに ACC の性能(以下、将来性能)を検討することが速域での利用を想定したものであるが、渋滞発生後での必要である。

活用を考えれば、低速域でも動作可能な全車速域 ACC

そこで本研究では、高速道路サグ部渋滞対策に資するであることが望ましい。全車速域 ACC についても既にACC の将来性能を複数案検討した上で、ミクロ交通シミ

実用化され、一部市販化されつつあり、本研究でもこのュレーションによりその効果を確認し、東名高速下り大

全車速域 ACC を前提とする。

和サグ部を対象に、渋滞対策サービスの効果を各将来性
能の ACC 車混入率に応じて試算することを目的とする。

3. ACC の将来性能案の検討
3.1 将来性能案の評価方法

2. 高速道路サグ部渋滞対策に資する ACC の性能要件

将来性能案の検討にあたっては、既往研究において構

現在市販車に搭載されている ACC は、車間時間を一築されたサグ部交通シミュレータ 4)を用いる。このシミ定に維持する制御(以下、車間時間制御)により、ドライュレータは、一般的な追従挙動、車線変更挙動に加え、バが設定した目標車間時間を維持するよう設定速度を上サグ部に特有な上り坂での無意識な速度低下、渋滞巻き限として速度調整するものである。
車間時間の目標値は、込まれ時間の増大による追従挙動の鈍化等を再現可能で一般的にS/M/Lの3段階(それぞれ1.35秒/1.85秒/2.35秒、あり、東名高速下り大和サグ部を対象に現況再現が実施

各社カタログ参考値)で設定可能である。ACC を渋滞対されている。追従挙動モデルには式(1)(2)の IDM+7)を採策という視点で考えた場合、現行性能では課題が大きく用しており、将来性能案の検討は、この IDM+のモデル

3 点挙げられる。

式およびパラメータを適宜変更することで実施する。

1点目は、車間時間を一定に維持する現行のACCでは、2  v δ s∗  dv= a ⋅ min 1 −   , 1 −   dt  vd  s  vΔv
s ∗ = s0 + vT +2 ab

速度が低くなるほど車両の長さ分の影響が大きくなり車
頭時間が増大してしまう点である。つまり、上り勾配区間のような速度低下が起きやすい場所では、車間時間制
御では交通流率が低下しがちである。したがって、低速

(1)

(2)

域でも交通流率を低下させない新たな制御規範として、

ここに、a：最大加速度[m/s2]、b：希望減速度[m/s2]、v：

車頭時間を一定に維持する制御(以下、車頭時間制御)が自車速度[m/s]、Δv：先行車との相対速度[m/s]、vd：希望必要となる。

速度[m/s]、δ：加速項のべき乗数、s：車間距離[m]、s*：

2 点目は、現行の ACC は高速域での乗り心地を重視し

希望車間距離[m]、s0：停止時最小車間距離[m]、T：安全B̲61

交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2
将来性能Ａ

⾞間時間

3.2 ACC の将来性能案の設定では、現行性能に比べ加速性能の向上は必須と考え、制御規範および制御目標の違いによる効果を評価できるよう表 1 に示す通り、現行の車間時間制御を踏襲した上で目標車間時間を小さめに設定した将来性能 A、制御規範
を車間時間制御から車頭時間制御に変更した上で、目標
車頭時間の違いを考慮した将来性能 B および C の合計 3案を設定した。以下、これら 3 案の具体的なパラメータ1.55

⾞間時間 (左軸)8)

⾞頭時間 [秒]制御規範の違いは、Horiguchi and Oguchi が提案する追における式(2)の希望車間距離を式(3)〜(6)のように置き換えたものである。
○車間時間保持の場合(3)

⾞間距離 (右軸)
渋滞時

臨界時

100

90

80

70

60 50 40
⾛⾏速度 [km/h]

30

20

10

最⼩⾞間距離 2m

将来性能Ａ

将来性能Ｂ

目標⾞間時間1.55 秒

将来性能Ｃ

目標⾞頭時間2.0 秒

目標⾞頭時間1.8 秒

2,400※ ⾞⻑を5.0 m として計算

2,200

2,000

2,000
1,800

交通流率 (右軸)

1,800

1,600
1,400
1,200
1,000

⾞頭時間 (左軸)

800

100

90

80

70

600

渋滞時

臨界時

60 50 40 30
⾛⾏速度 [km/h]

400

20

10

図 3 各将来性能の走行速度別の車頭時間と交通流率
1.8

一般的な加速 (γ = 4)

1.6

(4)

1.4

○車頭時間保持の場合

vΔv

s0 +
( v < vs )
2 abs∗ = vΔv
− L + vTd +(v ≥v s )
2 ab

s +L
vs = 0
Td

6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0

加速度 [m/s2]

vΔv

s0 +
(v < v s )


∗
ab
2
s =
vΔv
vg d +( v ≥v s )

2 ab
s
vs = 0
gd

1.54
1.35

交通流率

目標車間時間を gd[s]、目標車頭時間を Td[s]として、IDM+

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

※ ⾞⻑を5.0 m として計算

1.74

⾞頭時間

(1)制御規範

時間ならびに車頭時間を保持する制御規範となるよう、

目標⾞頭時間1.8 秒

図 2 各将来性能の走行速度別の車間時間と車間距離の設定根拠、およびシミュレータでの実装方法を述べる。

従挙動モデルにより表現する。これは、より厳密に車間

将来性能Ｃ

目標⾞頭時間2.0 秒

交通流率 [veh/h]特性の観点から、ACC の将来性能案を設定する。本研究⾞間時間 [秒]2.で述べた制御規範・制御目標、加速性能、過渡応答

2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0

将来性能Ｂ

目標⾞間時間1.55 秒

⾞間距離

⾞間距離 [m]車頭時間[s]である。

(5)

ACC将来性能 (γ = 2)

1.2
1.0

エコドライブ (γ = 4)0.8

ACC現⾏性能 (γ = 4)

0.6
0.4
0.2
0.0
0

(6)

なお、目標車頭時間 Td については、先行車の正確な車

10

20

30

40

50

60

⾛⾏速度 [km/h]

7080

図 4 自由走行時の加速性能の比較

ーション上では先行車の末尾位置から自車の末尾位置ま100

での車尾時間を制御目標値として用いる。

95

⾛⾏速度 [km/h]

将来性能 B：車頭時間制御 1.80 秒、a=1.20、b=1.60
ΔV7 ΔV8

1台目
2台目
3台目
4台目
5台目
6台目
7台目
8台目

90
ΔV1 ΔV2

制御目標の設定にあたっては、いずれの制御規範でも現況と同程度の捌け交通流率を確保する必要がある。例
えば東名高速下り大和サグ付近の現況をみると、渋滞発
生直前の臨界状態にある追越車線では、走行速度が100

ACC 現行性能：市販ACC 車両を用い新東名高速道路で実施されたACC 隊列走行実験データ 6)より
9)
一般的な加速：一般道の信号交差点における発進時の加速度 より
エコドライブ：「ふんわりアクセル」で推奨される「発進して5 秒後に20km/h」になる加速度 10)より

長を知ることは現実には困難であることから、シミュレ(2)制御目標

90

85
80

増幅率＝

-0.05G で 95km/h → 80km/h まで減速

ΔVi
ΔVi-1

経過時間 [秒]752070km/h(以下、臨界速度)で 1,800〜2,100 台/時、渋滞発生

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

後は走行速度が 40km/h (以下、渋滞速度)で、1 車線あ

図 5 ACC 隊列走行シミュレーションでの速度変化と増幅率たり 1,500〜1,800 台/時の捌け交通流率となっている。

一定であるものの、速度が低下するに従い車頭時間が増

そこで、各将来性能別に走行速度に応じて実現する車

大し、交通流率が低下する。一方、車頭時間制御では、間時間と車間距離、および車頭時間と交通流率の関係を

速度に応じて車間時間は変化するものの、速度が低下し

図 2 および図 3 に示した。車間時間制御では車間時間はても車頭時間、交通流率はいずれも一定に維持される。

B̲62

交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2

これらを踏まえ、現行の車間時間制御を踏襲した将来

表 2 現況再現性の確認対象とした渋滞イベント

性能 A では、現況の渋滞時の捌け交通流率 1,800 台/時を

渋滞発生日

発生時刻

継続時間

解析対象時間帯①

2010/12/04(土)

6:45

00:30

6:00~7:00②

2010/12/11(土)

6:35

01:00

5:50~6:50③

2011/08/17(水)

7:00

06:50

6:15~7:15

ことで渋滞発生直前の流率改善にも寄与するものとした。 ④

2011/08/18(木)

7:00

07:00

6:15~7:15

一方、低速域でも流率が低下しない車頭時間制御では、 ⑤

2010/11/06(土)

6:10

09:05

5:25~6:25

設定の S(1.35 秒)と M(1.85 秒)の中間相当である 1.55 秒に設定し、かつ臨界速度での流率 2,000 台/時を確保する

現況の渋滞時の捌け交通流率を下回らないよう目標車頭する将来性能 B、これより車頭時間を短くし、現況の臨界時における追越車線の交通流率の向上にも寄与できる
よう目標車頭時間を 1.8 秒(いずれの速度域でも 2,000 台/
時の流率)とする将来性能 C の 2 案を設定した。
(3)加速性能
加速性能は様々な走行シーンで実現されうる加速性能曲線を参考に決定する。図 4 の加速性能曲線は、設定
速度を 100km/h とした場合に、ある速度で前方が空いた

550
ボトルネック到着交通量 [台/5分]

時間を 2.0 秒(いずれの速度域でも 1,800 台/時の流率)と

550

将来性能Ａ
500

(車間時間制御 1.55 秒)

450
ACC⾞混⼊率

400

0%
30%

350

50%
70%

300
300

350

400

450

500

設定需要 [台/5分]

550

ボトルネック到着交通量 [台/5分]

下回らないよう、目標車間時間を現行 ACC の車間時間

将来性能Ｂ
500

(車頭時間制御 2.00 秒)

450
ACC⾞混⼊率

400

0%
30%

350

50%
70%

300
300

350

400

450

500

550

設定需要 [台/5分]

図 6 ACC 車混入率ごとのボトルネック到着交通量の比較

ときの加速度の上限値を次式に従って示したものである。 改善効果を確認する。ここで期待される効果は、渋滞発
γ
生前の車線利用適正化サービスおよび車間適正化サービ



v
dv
= a 1 −   dt  v0  スによる交通流の整流化がもたらす渋滞抑制効果、渋滞(7)

発生後の追従・速度回復サービスによる渋滞中の捌け交

ここに、v：走行速度、v0：希望速度(ACC の設定速度)、a：最大加速度パラメータ、γ：べき乗数である。

通流率の向上がもたらす渋滞緩和効果が挙げられる。効果試算にあたっては、3.1 で述べたサグ部交通シミュレ

既往知見に基づき設定された「一般的な加速」「エコータを用いる。

ドライブ」「ACC 現行性能*1」の加速性能曲線を参考に、

4.1 シミュレーション現況再現性と到着交通量の検証

低速域での俊敏な加速と高速域での穏やかな加速を両立

本研究で用いるサグ部交通シミュレータは、東名高速

2させるべく、
ここでは最大加速度aに1.2m/s を採用した。

下り大和サグ部(3 車線)において、2011 年 8 月 17 日(水)(4)過渡応答特性を対象に現況再現性(渋滞発生時刻、最大渋滞長、渋滞時

速度低下時の過渡応答特性の指標として、ここでは先間、車線別交通量/速度、車頭時間分布、車線変更回数等)

行車の速度低下量 ΔVi-1 に対する後続車の速度低下量 ΔViが既に確認されている。ここでは、他の様々な渋滞発生の比率で定義される「増幅率」を用いる。増幅率が 1 よ日においても再現性を確認するため、表 2 に示す③を除り大きければ減速波を増幅伝播させることから、1 未満

く渋滞規模が異なる 4 つの渋滞発生日を対象に現況再現となる過渡応答特性が求められる。そこで、ACC 車両 8性を確認した。渋滞発生前後の車線別交通量、車線別速

台の隊列走行シミュレーションを実施し、サグ部での先度、渋滞発生時刻の観点から検証したところ、いずれの行車のブレーキングによる一時的な速度低下を模擬した

渋滞発生日も良好に再現できることが確認された。

ときに、増幅率が 1 未満となるパラメータ a、b の組み合

また、ACC 車が混入することで、車両が発生してからわせを探索した。具体的には、図 5 のように制御規範・

ボトルネック断面(サグ底部)に到着するまでに、到着流制御目標値ごとに車群先頭車を 95km/h から 80km/h まで

率や車群形成状況が変わると考えられる。そこで、到着減速度 0.05G で減速させたときの後続 1 台目と 2 台目、交通量が現況よりも低下すると考えられる将来性能Aお後続 7 台目と 8 台目の増幅率を a=1.2m/s2 の下、b を網羅

よび B について、ACC 車混入率別にシミュレーション

的に変化させながら探索することで b=1.6m/s2 を得た*2。

で与えた 5 分ごとの設定需要とボトルネック断面に到着

このときの増幅率は、
将来性能 A および C で 0.92〜0.98、する交通量との関係を非渋滞時を対象に比較した。その将来性能 B で 0.80〜0.84 となった。

結果が図 6 であるが、比較的高い交通需要下で ACC 車

以上(1)〜(4)を踏まえ決定された表 1 の ACC の将来混入率が増加しても現況(混入率 0%)の到着交通量を下回ることはなく、設定した交通需要が到着していること

性能案について、次章以降で効果評価を行う。

が確認された。
4.2 サービスによるシミュレーション上での車両挙動

4. ACC の将来性能による交通流改善効果の確認
3.で整理された ACC の将来性能案について交通流のB̲63

各サービス提供時のシミュレーション上での車両挙交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2
サグ底部での断面交通量が 350 台/5 分を超えたときに、
ACC 車は情報提供位置から ACC を作動させる

動を図 7 に示す。車間適正化サービスおよび追従・速度

情報提供位置回復サービスでは、サグ底部から上流 2km の地点で情報

ACCをON

提供が開始され、情報を受けた ACC 車は直ちに ACC をサグ底部作動させ、表 1 の性能案にて上限速度 100km/h で走行する。一度 ACC を作動させた車両は車線変更を行わず、
図 7 サービス提供時のシミュレーション上での車両挙動

ACC を作動させるまでは ACC を搭載しない一般車両と第１⾛⾏⾞線同様の挙動をとる。
追越⾞線からの移動率

一方、車線利用適正化サービスでは、ACC 車に対する

0%

（現況）

情報提供位置において、対象区間に流入すると同時に全ての車両が走行車線の利用を促す情報提供を受け、車線変更を試みる。なお、シミュレーション上では車線移動率を外生的に与えることはできないため、追従挙動モデ
ルのパラメータは変えずに、車線変更をしても速やかに6%10%標とする車線移動率(追越車線から走行車線へ車線変更[台/15 分]

41%

(235)

(440)

(473)

22%

38%

40%

(259)

(446)

(469)

26%

35%

39%

(314)

(410)

(459)

29%

33%

38%

(345)

(399)

(461)

0%

車線変更挙動モデルのパラメータを調整することで、目追越⾞線 断面交通量

38%

15%

走行車線に復帰するキープレフトの傾向が強まるよう、

第２⾛⾏⾞線

20%

20%

40%

60%

80%

1,148
1,174
1,183
1,205

100%

⾞線利⽤率 ※( )は車線別交通量[台/15 分]

図 8 追越車線からの移動率に応じた車線利用率(渋滞発生前 15 分間)した車両の割合)に近づけるものとした。
100%

4.3 車線利用適正化サービスおよび車間適正化サービ

90%

スによる渋滞発生確率

ACC⾞混⼊率80%(1)車線利用適正化サービス

0% (現況)70%

車線利用適正化サービスによる車線利用適正化の効60%

果を確認するため、車線移動率の各目標値(5%、10%、50%15%)において、シミュレーションのパラメータ調整を繰

40%

10%
20%
30%

30%

り返し、
渋滞発生 15 分前の車線利用率を計測した結果(320%

回試行のサグ底部における平均値)が図 8 である。
例えば、 10%0%

車線移動率の目標値を 5% とした場合、結果的に300{(446+259)‑(235+440)}/473 = 30/473 = 6.3%の車両が追越

400

450

500

断⾯交通量 [台/5分]

550

図 9 渋滞発生確率(車線移動率 0%、将来性能Ｂ)

車線から走行車線へ移動している。いずれの車線移動率においても、追越車線の利用率は 1〜3%程度しか変化していない。これは追越車線の車両が車線変更しても、上60

流から次々に希望速度の高い車両が到着して空いたスペ

50

ースを埋めることで、追越車線の交通量に大きな変化が40生じないためである。その一方で、第 1 走行車線の利用

350

α

β [台/5分]
550

将来性能Ａ

将来性能Ａ

将来性能Ｂ

将来性能Ｂ

将来性能Ｃ

将来性能Ｃ

500

30

450

率が増加することで断面全体の交通流率は増加している。
20(2)車間適正化サービス
渋滞発生は確率的現象であることが知られている。車

400

10
0%

10%

20%
ACC⾞混⼊率

間適正化サービスは渋滞発生を抑制する効果があると考

30%

40%

0%

10%

20%

30%

40%

ACC⾞混⼊率

えられることから、本研究では既往研究 11)を参考に、渋 図 10 混入率に応じたワイブル分布パラメータ(移動率 0%)
滞発生確率により評価する。交通量ランク別の渋滞発生が急になり、β が大きいほど分布位置が右にシフトする。

頻度と非渋滞発生頻度を用い、最尤推定法により渋滞発

推定にあたっては、表 2 の渋滞発生日 5 パターンの交生確率の分布形を推定する。ここでの分布形には、既往通需要について、乱数系列を変えた 3 回試行の計 15 回分研究において当てはまりがよいとされる式(8)のワイブから得られるサグ底部の交通量出現頻度分布を用いた。

ル分布を用いる。

なお、渋滞判定の基準は大口ら 12)を参考に、サグ底部に  q α F (q) = 1 − exp −     β  

おいて速度が 60km/h 未満の車両が 3 台以上連続した場
(8)

合とした。
図 9 に将来性能 B の下、車間適正化サービスを単独でここに、q：断面交通量[台/5 分]、α：形状パラメータ、β：

実施(車線移動率0%)した場合のACC 車混入率に応じたスケールパラメータである。α が大きいほど分布の傾き

渋滞発生確率の最尤推定結果を示す。ここで得られるワB̲64交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2

イブル分布のパラメータ α、β は、必ずしも十分とはい100%

えないデータ数から推定されたものであるが、本研究で

90%

将来性能

80%

将来性能Ａ

は混入率に応じた渋滞発生確率の傾向を捉えることを重

70%

将来性能Ｂ

視して、
図 10 に示すように将来性能別の混入率に応じて

60%

将来性能Ｃ

パラメータ α、β を線形回帰した結果で評価する。

50%

図 11 は各将来性能の下、車間適正化サービスを単独で実施(車線移動率0%)した場合のACC 車混入率に応じた渋滞発生確率である。ACC 車混入率が増えるに従い曲
線は右にシフトしており、渋滞発生確率が抑えられてい

40%

現況

30%
20%

将来性能Bの方がAよりもばらつきは小さい傾向にある。
さらに、臨界時の流率および増幅率が同程度の将来性能

混⼊率

450

500

10%

30%

0%
300

350

400

550

断⾯交通量 [台/5分]

図 11 将来性能×混入率別の渋滞発生確率(移動率 0%)
100%
移動率

90%

10%

⾞線移動率

A および C を比較すると、車頭時間制御の将来性能 C の80%

方が渋滞抑制効果は高いといえる。

70%

0%
6%

60%

10%

(3)車線利用適正化サービスと車間適正化サービスの併用

混⼊率

10%

る。また、同一の混入率で比較すると、将来性能 A および B は同程度の渋滞発生確率であるが、増幅率の小さい

ACC⾞混⼊率
10%
30%

移動率

6%

50%

同様にして車線利用適正化サービスと車間適正化サ

40%

ービスを併せて実施した場合の渋滞発生確率を求めた。

30%

図 12 は将来性能 C において、車線移動率、ACC 車混入

20%率に応じた渋滞発生確率を示したものである。同一の混

現況

移動率

0%

20%

10%

0%

10%
0%
300

入率で比較すると、車線移動率 6%目標と 0%目標(車間適正化サービスを単独で実施したとき)との間に大きな

混⼊率

混⼊率

混⼊率

350

400

450

断⾯交通量 [台/5分]

500

550

図 12 将来性能Ｃの移動率×混入率別の渋滞発生確率差はみられない。これは、ACC の設定速度が 100km/h
7,000

両が ACC の設定速度に抑制されて走行車線に変更する
ことで、副次的な効果として車線利用の均等化が生じていると考えられる。したがって、車線利用適正化サービ
スとの相乗効果を見込むには、車線移動率は 10%を目標とする必要があるといえる。
4.4 追従･速度回復サービスによる渋滞発生後捌け交通量

将来性能Ｂ

6,500
6,000

130%

5,500

120%

5,000

110%

4,500

渋滞発生後の追従・速度回復サービスによる渋滞発生

140%

将来性能Ｃ

0%

10%

20%

30%

50%

70%

100%

100%

後捌け交通量を確認する。
図 13 は各将来性能についてシ

ACC⾞混⼊率ミュレーション上で ACC 車混入率別に段階的に交通需

図 13 ACC 車混入率に応じた渋滞発生後捌け交通量

要を増加させ、渋滞が発生してから 1 時間経過後 30 分間測したものである。将来性能 B および C は混入率 50%、
将来性能 A は混入率 70%で、単路部の基本交通容量にほぼ達し渋滞が発生しなくなる。
図 14 は 10%〜50%の混入率で捌け交通量改善率を混入率に応じ線形回帰して比較したものである。改善効果は、将来性能 C＞将来性能 B＞将来性能 A の順に高く、低速域においても車頭時間制
御により流率を一定に維持可能な将来性能CおよびBに

50%

渋滞発生後捌け交通量の改善率の捌け交通量(乱数系列を変えた 3 回試行の平均値)を計

現況からの流率改善率える車両が多くを占めていると考えられ、そのような車

150%
将来性能Ａ

渋滞発生後捌け交通量 [台/時]であるのに対し、追越車線では希望速度が 100km/h を超おいて捌け交通量の高い改善効果が得られている。

将来性能Ａ

40%

将来性能Ｂ
将来性能Ｃ

30%
20%
10%
0%
0%

10%

20%

30%

40%

50%

ACC⾞混⼊率

図 14 ACC 混入率に応じた流率改善率(線形近似)

5. ACC を活用した渋滞対策サービスの効果試算
4.で得られた車線利用適正化サービスおよび車間適発生後捌け交通量改善率に基づき、東名高速下り大和サ

正化サービスの渋滞発生確率、速度回復サービスの渋滞グ部を対象にトラカンデータを用いて渋滞緩和効果を試

B̲65

交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2
渋滞発生後の効果

渋滞発生前の効果算する。
5.1 試算方法
効果試算は図 15 に示すように、対象とする渋滞発生

⾞線利⽤適正化サービス
⾞間適正化サービス

累積交通量

サービスありサービスあり渋滞損失時間日においてトラカンデータより交通需要を推定し、当該渋滞損失時間(現況)(現況)

渋滞緩和効果

渋滞緩和効果ACC 混入率に応じたボトルネックへの到着交通量の関係も考慮)を作成した上で、渋滞発生前および渋滞発生後

時刻

時刻

渋滞発生時刻の遅延

各時刻の到着交通量での渋滞発生確率

混⼊率に応じた渋滞発生後捌け交通量改善率

適正化サービスの提供を受けた ACC 車の混入により渋滞発生が遅延することで渋滞損失が削減すると考えられる。そこで、評価対象時間帯の 5 分ごとの交通需要に対して、4.3 の渋滞発生確率から当該交通需要で渋滞が発

将来性能
将来性能Ａ

80%

渋滞発生後捌け交通量の改善率

100%

渋滞発生前では、車線利用適正化サービスおよび車間サービスなしサービスなしボトルネックにおける累積到着交通量図(4.1 で述べたそれぞれのサービスについて実施した。

追従・速度回復サービス
累積交通量

ACC⾞混⼊率
10%
30%

将来性能Ｂ
将来性能Ｃ

60%
40%
20%
0%
300

350

400
450
500
断⾯交通量 [台/5分]

550

50%
40%
30%
20%
10%
0%
0%

10%

20%

30%

40%

50%

ACC⾞混⼊率600

各時刻において渋滞発生したときの渋滞損失の期待値を求め総和

生する確率と渋滞損失を計算し、これらを乗じることで

時刻

到着需要

到着需要ごとの渋滞発生確率当該時刻に渋滞が発生する確率

渋滞損失

渋滞損失の
期待値

06:30

330

当該時刻に渋滞が発生した場合の渋滞損失の期待値を算

06:35

350

P1=P(330)

P1’=P1L1P1’L1出する。これを評価対象時間帯の全ての時間帯について

06:40

390

P2=P(350)

P2’=(1-P1)P2

L2

P2’L2

06:45

P3=P(390)

P3’=(1-P1)(1-P2)P3

L3

P3’L3

総和をとることで当該渋滞発生日での渋滞損失とし、現

…

410

…

況の渋滞損失からの削減率を試算した。なお、評価対象

渋滞発生後では、追従・速度回復サービスの提供を受けた ACC 車の混入により、渋滞発生後捌け交通量が改善することで渋滞損失が削減すると考えられる。
そこで、渋滞発生時刻は同一のまま、現況の渋滞発生後捌け交通

する。

試算対象

渋滞発生回数 [回]4116

平均渋滞時間 [時間/回]

2.3

3.8

平均最大渋滞長 [km/回]

9.5

8.1

総渋滞損失時間 [台･時]78,53946,269総渋滞量 [km･時]

621

327

表 4 渋滞発生前のサービスによる渋滞緩和効果
車間適正化サービス(ACC 車混入率)
渋滞損失時間削減率[%]

0%

3%

5%

10% 20% 30%

2.3

5.8

14.7

32.4

49.3

0

4.9

9.4

20.0

39.1

56.3

(現況)

5.7

10.6

22.7

46.6

64.0

7.1

10.2

18.0

32.8

46.8

4.5

9.0

19.8

38.0

53.4

6.7

11.9

24.1

46.4

64.0

8.6
14.9
10% 将来性能 B
11.7
(※)
12.7
将来性能 C

12.9

22.7

38.3

51.4

16.7

27.3

44.9

60.2

18.8

32.3

54.0

67.8

5.2 試算結果

将来性能 A滞 41 回のうち、事故等による影響が含まれるものを除く
16 回分の渋滞発生日(全て休日のみ)を対象に実施した。
表 4 は、渋滞発生前の車線利用適正化サービスおよび車間適正化サービスによる渋滞損失時間の削減率を示したものである。削減率の傾向は 4.3 で確認された渋滞抑制効果と同様の傾向を示しており、特に車頭時間制御に
より渋滞発生直前まで高い流率を維持可能な将来性能 C
において効果が高く、混入率 10%で 32%の削減率となっ将来性能 C
将来性能 A

11.0
6% 将来性能 B(※)
将来性能 C)ック付近(21.52KP)を先頭に発生した交通集中による渋0% 将来性能 B(

す2010年の1年間に東名高速下り大和サグ部のボトルネ

車線移動率
車線利用適正化サービス

サービス導入による渋滞緩和効果の試算は、表 3 に示

将来性能 A■20〜40% ■40〜60% ■60〜80% ■80〜100%（※）渋滞量が 0〜5[km・h]の小規模渋滞の場合の削減率。これを超える規模の渋滞の場合は、削減効果はほとんどみられない。

ている。また、車線移動率 0%と 6%では、ACC 車混入

表 5 渋滞発生後のサービスによる渋滞緩和効果率によらず削減率に大きな差はみられず、車線移動率

追従・速度回復サービス(ACC 車混入率)
渋滞損失時間削減率[%]

10%でサービス併用による削減率の向上がみられる。

…
ΣP i’Li

年間(2010)量に対して ACC 車の混入率に応じて 4.4 で得られた流率改善率を適用することで、渋滞損失の削減効果を試算…

表 3 東名高速下り大和サグ部の渋滞イベント

通量が 350 台/5 分を超過した時刻から現況の渋滞解消ま
量を適用する。

…

図 15 渋滞緩和効果の試算方法

時間帯は、サービスの提供開始タイミングである断面交での時刻とし、渋滞発生後は現況の渋滞発生後捌け交通…

表 5 は、渋滞発生後の追従・速度回復サービスによる渋滞損失時間の削減率を示したものである。削減率の傾
向は 4.4 で確認された渋滞発生後捌け交通量の改善効果と同様の傾向を示しており、ACC 車混入率 10%の場合、
B̲66

3%

5%

10%

20%

30%

将来性能 A

19.0

30.5

54.6

80.9

92.6

将来性能 B

29.8

46.5

73.5

94.3

99.2

将来性能 C

32.0

49.5

76.3

95.8

99.6

■20〜40% ■40〜60% ■60〜80% ■80〜100%交通工学論文集, 第1巻, 第2号(特集号B) , pp.B̲60-B̲67, 2015.2

将来性能 A では 50%強、将来性能 B および C では 70〜*2 ここで定義した増幅率は、前提とする目標車間や先行車の80%の削減率となっている。

減速状況により異なるため、3 つの将来性能が同程度の減速性能であることを重視して共通とした上で、いずれの将来性能においても増幅率が 0.9±0.1 の範囲内に収まる b を探

6. おわりに本研究では、高速道路サグ部の渋滞対策に資する ACC索した。

の将来性能を制御規範・制御目標、加速性能、過渡応答特性の観点からミクロ交通シミュレーションにより検討参考文献した。その結果、渋滞発生確率は、臨界時に期待される

1) 越正毅：高速道路のボトルネック容量、土木学会論文集、No.371/IV-5, pp.1-7, 1986.

交通流率および過渡応答特性(増幅率)が同程度の場合、車間時間制御よりも車頭時間制御の方が渋滞抑制効果は

2) 越正毅・桑原雅夫・赤羽弘和：高速道路のトンネル、サグ

高いこと、渋滞発生後捌け交通量の改善率は、車間時間

における渋滞現象に関する研究、土木学会論文集、No.458/IV-18, pp.65-71, 1993.

制御よりも低速域においても流率を一定に維持可能な車

3) 大口敬：高速道路における交通渋滞緩和策の最新動向−特頭時間制御の方が高いことがわかった。

集『進化する道路関連技術』、自動車技術、Vol.67, No.10,

また、東名高速下り大和サグ部を対象に各渋滞対策サpp.11-16, 2013.

ービスによる渋滞損失時間の削減率を試算したところ、渋滞発生前に車間時間適正化サービスを車線利用適正化

4) 金澤文彦・坂井康一・鈴木一史・岩﨑健：高速道路サグ部

サービス(目標移動率 10%)と併用した場合、将来性能 Cにおける ACC 車両との路車間連携による交通円滑化、第の ACC 車 10%の混入率で 32%の削減率が得られ、渋滞

32 回交通工学研究発表会論文集、pp.31-34, 2012.

発生後に追従・速度回復サービスを適用した場合、特に

5) Kesting, A., Treiber, M., Schönhofa, M. and Helbinga, D.:

車頭時間制御の将来性能 B および C の ACC 車 10%の混Adaptive cruise control design for active congestion avoidance,

入率で、70〜80%の削減率が得られる可能性が示された。

Transportation Research Part C, Vol.16, pp.668-683, 2008.

本研究では低速域でも動作が可能な全車速域 ACC を

6) 日高健・北岡広宣・北浜謙一・志田充央・藤本浩・金須則前提としたものであるが、現状では低速域の ACC の挙之・小池弘之・江口純司・加世山秀樹・加藤哲也：ACC を動については知見が不足しており、今後のデータ蓄積が活用した高速道路サグ部の交通流円滑化、自動車技術会論必要である。また、今回想定した将来性能でのドライバ

文集、Vol.44, No.2, pp.765-770, 2013.

受容性については、ボトルネック付近の限定された区

7) Shackel, W.J., van Arem, B. and Netten, B.D.: Effects of

間・時間帯でのみ ACC を作動させることを想定すればCooperative Adaptive Cruise Control on traffic flow stability, 13th受容性は比較的高いと考えられるものの、安全性等の観International IEEE Conference on Intelligent Transportation

点も含めてドライビングシミュレータ、走行実験等によSystems, pp.759-764, 2010.

り検証が必要である。その上で今後は、円滑性の効果に

8) Horiguchi, R. and Oguchi, T.: A Study on Car Following Models

加え、ACC による渋滞末尾追突事故等の抑制や、それにSimulating Various Adaptive Cruise Control Behaviors,

伴う事故渋滞の削減効果等、円滑性と安全性の両面からInternational Journal of Intelligent Transportation Systems
Research, 2014.

渋滞対策サービスの効果について検討を進めていきたい。

9) 植野文高・高木相：交差点における車両列の挙動に関する謝辞

研究−測定結果とその検討−、計測自動制御学会東北支部
第 171 回研究集会、1997.

本研究の実施にあたっては、「高速道路サグ部等交通円滑化研究会（座長：大口敬東京大学教授）」において、

10) 省エネルギーセンターホームページ「ふんわりアクセル e

委員の皆様より貴重なご意見をいただくとともに、自動スタート」：http://www.eccj.or.jp/idstop/funwari

車メーカ、高速道路会社の関係各位より関連データ等の11) Jiang Xing・佐藤久長・高橋秀喜・吉川良一：高速道路のボ

提供にご協力頂いた。ここに記して感謝の意を表する。

トルネック交通容量分布及び渋滞発生確率の推定、第 26 回
交通工学研究発表会論文報告集、pp.49-52, 2006.
12) 大口敬・片倉正彦・鹿田成則：高速道路単路部をボトルネ

補注*1 ACC の現行性能については、市販の ACC 搭載車両を用い
6)て供用前の新東名高速で実施された ACC 隊列走行実験 のデータ(60km/h 以上)に基づきキャリブレーションされたものであり、低速域での加速性能は現行の全車速域 ACC の性能と同一とは限らない。

B̲67

ックとする渋滞発生特性に関する実証的研究、高速道路と自動車、Vol.44, No.12, pp.27-34, 2001.