JP3885716B2

JP3885716B2 - 車両用推奨操作量生成装置

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Publication number: JP3885716B2
Application number: JP2002338289A
Authority: JP
Inventors: 光西羅; 武俊川邊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP2004171391A; US20040107030A1; DE10354209A1; US7085633B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された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１０−２１１８８６号公報。
【０００３】
運転者の運転を補助することを目的とした発明は、これまで多数出願されている。例えば、上記特許文献では、周囲車両との相対運動状態に基づいて潜在的リスク度（リスクポテンシャル）を定義し、算出されたリスクポテンシャルの値をもとに操舵系への補助トルクの値を調節する装置に関する発明が開示されている。
このような補助装置は、運転者がリスクを伴うことが予想される操作をしようとした場合に、そのような運転操作を抑制する効果を狙った発明であると位置付けることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献に示されるような従来技術では、単純にリスクポテンシャルの値を追うだけであり、系統的に予測を織り込むことが考慮されておらず、車線変更のタイミングを提示することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、車線変更のタイミングを提示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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の車両用推奨操作量生成装置は、周囲車両検出手段と、自車状態検出手段と、車線の位置と数を検出する車線検出手段と、周囲車両挙動予測手段と、自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、周囲車両挙動予測手段の出力と評価関数構成手段の出力とから、自車にとって望ましい加減速量の時系列信号と、自車にとって望ましい走行車線と車線変更のタイミングを示す車線変更トリガー信号の時系列信号からなる推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段とを備え、推奨操作量演算手段は、自車が三車線以上の車線から構成される多車線道路を走行している場合、隣接する車線ごとに車線変更の必要性を判定し、車線変更を指示する車線変更トリガー信号を算出する場合には、指示した車線変更の操作が完了したとみなされるまでは、別の車線変更を指示する車線変更トリガー信号を算出しないことを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、車線変更のタイミングを提示し、よりリスクの小さい現実的な推奨操作量を生成することができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
《第一の実施の形態》
本発明の第一の実施の形態を図１から図６までの図面に基づいて説明する。図１は本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第一の実施の形態の一配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは自車前面に取り付けられ、自車前方に位置する複数の周囲車両の位置を測定する。画像センサ１ｂも自車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、自車背面に取り付けられ、自車後方に位置する複数の周囲車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは、左右の自車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の死角となる自車側方に位置する周囲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。
【００１０】
車速センサ２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、車速の計測値を得る。
【００１１】
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、各センサ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。
【００１２】
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。
【００１３】
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に示すブロック３ａ〜３ｆを構成する。
【００１４】
図２において、３ａはトリガー信号管理手段、３ｂは周囲車両挙動予測手段、３ｃは評価関数構成手段、３ｄは推奨操作量演算手段、３ｅは優先走行車線指定手段、３ｆはトリガー信号制約手段、５は車線検出器としての画像センサ１ｂから構成される車線検出手段、６は周囲センサ１ａ〜１ｄから構成される周囲車両検出手段、７は車速センサ２から構成される自車状態検出手段、８は周囲車両情報である。
【００１５】
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３ａ〜３ｆの具体的な構成方法を説明する。
図３は、片側三車線の直線道路を自車（自車０と定義）と３台の周囲車両（車両１〜３と図に示すように定義）が走行している場面である。中央車線を走行している自車０は、同じく中央車線を走行している車両２よりも速い速度で走行しており、車間距離が縮まってきている。現在の走行車速を保つためには、右車線か左車線に車線変更する必要がある。しかし、左車線前方には車両１が自車０よりも遅い速度で走行しており、右車線後方には車両３が自車０よりも速い速度で走行しているため、ただちに車線変更を実行することにはかなりのリスクが予想される場面となっている。
【００１６】
ここでは、道路の進行方向に沿ってｘ座標をとり、各車両のｘ座標の値を表す変数をｘ_ｉと表記する。ここで、ｉは０から３までの値をとり、車両を区別するインデックスである。また、各車の縦方向の走行速度をｖ_ｉと表記する。周囲センサ１ａ〜１ｄからは周囲車両と自車０との相対的な位置および相対的な速度を得ることができる。従って、座標系の原点を適当に定めれば、自車０および各車のｘ座標の値を具体的に確定することができる。また、自車０の速度を車速センサ２で測定すれば、周囲センサ１ａ〜１ｄから得られる相対速度の情報と合わせて、各車の速度ｖ_ｉの値も具体的に確定することができる。
また、画像センサ１ｂによる車線認識によって、各車が走行する車線の位置も確定することができる。
【００１７】
三車線以上の多車線道路では、車線変更する場合、右車線への車線変更と左車線への車線変更の二通りの操作が考えられる。従って、推奨操作量を生成する場合も、左右どちらの車線に車線変更するかを明示的に示す必要がある。二車線道路の場合には、車線変更トリガー信号（以下、トリガー信号と記載する）を一つ導入し、トリガー信号の高低によって右車線と左車線を表現することによって車線変更を表現することが可能である。三車線道路では、左車線と中央車線の間の車線変更を表現するトリガー信号ｕ_Ｌと、中央車線と右車線の間の車線変更を表現するトリガー信号ｕ_Ｒの二つのトリガー信号を導入し、ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒの組み合わせによって車線位置を指示する構成とする。各トリガー信号について、左側の車線に対応する値を−１、右側の車線に対応する値を１と定義すると、トリガー信号のパターンと車線指示位置との対応関係を次のように定めることができる。
【００１８】
【数１】

トリガー信号管理手段３ａは、このように検出車線数に応じて検出車線の数よりも一つ少ない数のトリガー信号を生成し、トリガー信号のパターンの組み合わせによってすべての車線への車線変更を数学的に表現できるようにする処理を行なう処理ブロックである。
【００１９】
周囲車両挙動予測手段３ｂは、次のように構成される。
まず、自車０の車線に沿った運動を予測する縦方向モデルが構成される。縦方向モデルとしては、次のようなモデルが考えられる。
【００２０】
【数２】

ここで、ｕ_ｘは自車０に対する加減速の指令信号である。
【００２１】
自車０の車線変更に伴う運動を記述するモデルとして、車線変更のトリガー信号に遅延を伴って追従する連続値をとる車線変数を導入し、トリガー信号ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒ、それぞれに対して、
【００２２】
【数３】

【００２３】
【数４】

のようなモデルによって関連付ける。ここで、ｙ_Ｌ、ｙ_Ｒは、それぞれトリガー信号ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒに対応する車線変数であり、ωは車線変数がトリガー信号に追従する速さを決める適当な正の定数である。
他車のモデルとしては、次式のようなモデルを導入する。
【００２４】
【数５】

ただし、ｘ_ｐ、ｖ_ｐは、それぞれ車両ｉの先行車に相当する車両の位置と速度を表す変数であり、ｋ_１ ^ｉ、ｋ_２ ^ｉ、ｋ_ｖ ^ｉ、ｈ_ｉは車両ｉの先行車に対する追従特性を決める正のパラメータである。ｖ_ｄ ^ｉは車両ｉの走行希望車速である。なお、車両ｉに先行車に相当する車両が存在しない場合には、便宜的に、ｘ_ｐ＝ｘ_ｉ＋ｈ_ｉｖ_ｉ、ｖ_ｐ＝ｖ_ｉを仮想的な先行車情報として代入して、（５）式が
【００２５】
【数６】

という希望車速を目標車速として制御するモデルと一致するように構成するものとする。
具体的には、車両１に関しては、自車０が左車線の前方に車線変更してきた場合に、自車０が先行車となり、そうでない場合は先行車が存在しないので、
【００２６】
【数７】

【００２７】
【数８】

という式をあてることができる。車両２に関しては、自車０が左右どちらかの車線から車両２を追い越した場合に、自車０が先行車になる可能性があるので、
【００２８】
【数９】

【００２９】
【数１０】

という式となる。車両３に関しては、自車０が右車線の前方に車線変更してきた場合に自車０が先行車となるので、
【００３０】
【数１１】

【００３１】
【数１２】

という式となる。
なお、本実施の形態では、他車は車線変更しないと仮定するので、他車の横方向運動のモデルは設定されない。
以上が周囲車両挙動予測手段３ｂの具体的な構成要素である。
【００３２】
ここで、推奨操作量演算手段３ｄによる推奨操作量演算に必要な変数をまとめたベクトルＸを次のように定義しておく。
【００３３】
【数１３】

また、後の説明で用いるため、周囲車両群挙動予測手段３ｂをまとめて、
【００３４】
【数１４】

と表記する。本実施の形態では、関数ｆ(Ｘ，ｕ_ｘ，ｕ_ｙ)の具体形は次のようになる。
【００３５】
【数１５】

次に、評価関数構成手段３ｃについて説明する。
評価関数は、現在から一定時間未来までの車両群の状態と自車０に対する操作を評価する関数として定義される。三車線道路の場合、自車０に対する操作を表す変数は、ｕ_ｘ、ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒの三つであるから、評価関数は、
【００３６】
【数１６】

という形で表現できる。ただし、関数Ｌは運転者の操作に対する評価基準を表現した評価式であり、ｔは現在の時刻、Ｔは予測時間の長さを表す。
関数Ｌの具体的な表現式として、ここでは縦方向運動評価項、周囲車両評価項、車線変更評価項、速度評価項の四つの項を考える。
縦方向運動評価項は、自車０の加減速をなるべく小さくするという要請を表現する評価式で構成される。具体的には、
【００３７】
【数１７】

という式が考えられる。
【００３８】
周囲車両評価項は各車線ごとに定義されるリスクを足し合わせることで構成する。車線ごとのリスクは、該当する車線上を走行する先行車および後続車との相対的な運動状態によって定義する。例えば、先行車までの車間時間（車間距離／速度）の逆数の二乗をリスクを表す指標として利用することができる。図３の例の場合、車両１に対するリスクとして
【００３９】
【数１８】

を用いることができる。
【００４０】
図３の例の場合、左車線には車両１だけしか走行していないので、左車線のリスクＬ_Ｌ(Ｘ)は、
【００４１】
【数１９】

と表現することができる。
同様にして、中央車線、右車線のリスクＬ_Ｃ(Ｘ)、Ｌ_Ｒ(Ｘ)、を、車両２、車両３に対するリスクＬ_２、Ｌ_３を用いて、
【００４２】
【数２０】

【００４３】
【数２１】

と表現する。ただし、
【００４４】
【数２２】

【００４５】
【数２３】

である。
【００４６】
各車線のリスクを車線変数を用いて結合することによって、周囲環境全体のリスクを定義する。請求項７、８に挙げているような左接続関数ｃ_Ｌ(ｙ)と右接続関数ｃ_Ｒ(ｙ)を用いて、周囲車両評価項Ｌ_Ｓを
【００４７】
【数２４】

のように構成する。接続関数の具体形としては、
【００４８】
【数２５】

のような関数を利用することができる。
【００４９】
車線変更評価項としては、各トリガー信号と車線変数との偏差の二乗を評価する式を利用する。すなわち、左変数と右変数それぞれに対して、
【００５０】
【数２６】

【００５１】
【数２７】

という式を定義して、
【００５２】
【数２８】

を車線変更評価項として利用する。（２６）、（２７）式の評価項は、振動的なトリガー信号のパターンが生成されることを抑止する効果がある。
【００５３】
速度評価項は、自車０の速度をなるべく希望走行車速付近に保つという要請を表現する評価式で構成される。例えば、左車線、中央車線、右車線における希望走行車速をそれぞれ、ｖ_ｄ ^Ｌ、ｖ_ｄ ^Ｃ、ｖ_ｄ ^Ｒとして、各車線における速度評価式を、
【００５４】
【数２９】

【００５５】
【数３０】

【００５６】
【数３１】

と定義し、全車線にわたる速度評価項として、
【００５７】
【数３２】

を構成する。
以上をまとめて、全体の評価式Ｌとして、
【００５８】
【数３３】

を設定する。ここで、ｗ_Ｘ、ｗ_Ｙ、ｗ_Ｓ、ｗ_Ｖは各評価項に対する重みパラメータである。
以上のように、周囲車両挙動予測手段３ｂと評価関数を微分可能性を満たすように構成すると、推奨操作量演算において、関数の微分に基づいて効率的に最適解を探索する最適制御の理論を利用することができる。
【００５９】
最適制御の理論では、モデルと同じ次数の補助変数ベクトルｅ^・・が導入され、最適化演算の中で用いられる。なお、「・・」はベクトルを表す。また、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。本実施の形態の場合、モデルの次数は１０次であるから、
【００６０】
【数３４】

という補助変数ベクトルになる。補助変数ベクトルと予測式、評価関数から、次式のような関数（ハミルトニアン）が定義される。
【００６１】
【数３５】

指令値の時系列ｕ_ｘ(τ)、ｕ_Ｌ(τ)、ｕ_Ｒ(τ) ０≦τ≦Ｔが、評価関数Ｌ(τ)を最小にする最適解となるための必要条件は次のように書き下すことができる。
【００６２】
【数３６】

【００６３】
【数３７】

【００６４】
【数３８】

ただし、＊は最適解に対応する量であることを示す添え字である。（３６）、（３７）式は、常微分方程式の二点境界値問題となっており、解くのには工夫が必要である。特に工夫が必要なのはトリガー信号ｕ_Ｌ ^＊、ｕ_Ｒ ^＊の計算であり、以下に述べるように推奨操作量計算に特有の制約を課すため、一般的な解法には適合しない部分が出てくる。一方、ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒを固定した場合、ｕ_ｘ ^＊を求める問題は一般的な問題となり、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. などに具体的な計算方法が示されているので、そのような方法を用いて推奨操作量の演算を実行することができる。そこで、ここでは、ｕ_Ｌ、ｕ_Ｒに関しては適当な暫定解を設定し、暫定解を用いてｕ_ｘ ^＊とＸ^＊とｅ^・・＊が計算できたものとして、（３８）式から暫定解を更新する過程について説明する。それによって、更新された暫定解について、（３６）〜（３８）式の最適性の条件をチェックし、最適性の条件を満たしていれば、それを推奨操作量として出力し、最適性の条件を満たさない場合には、更新された暫定解を新たな暫定解として、次の暫定解の更新に利用するという計算方法を考えることができる。なお、暫定解は、例えば現在の走行車線をそのまま維持するといった解を初期解として設定することができる。
【００６５】
（１５）式で表される予測式と、（３３）式で表される評価関数からハミルトニアンを構成した場合、ハミルトニアンを構成する項の中で、ｕ_Ｌ(τ)とｕ_Ｒ(τ)に関係する項だけを抜粋して書くと、次のようになる。
【００６６】
【数３９】

従って、（３８）式より最適解ｕ_Ｌ ^＊、ｕ_Ｒ ^＊は次のように算出される。
【００６７】
【数４０】

以上によって、車線変更のトリガー信号を生成することができるが、この時、二つの問題が生じる。
一つ目の問題は、実際の車線変更では、一車線ごとにしか移動できないという制約が、（４０）式には表現されていない、という問題である。（４０）式だけでは、例えば左車線での走行を指示する(ｕ_Ｌ ^＊，ｕ_Ｒ ^＊)＝(−１，−１)から、中央車線をスキップして直ちに右車線での走行を指示する(ｕ_Ｌ ^＊，ｕ_Ｒ ^＊)＝(１，１)という指令値をとることが許容されてしまう。そこで、現在の自車０の走行車線位置を考慮して、一車線ごとに車線変更が行なわれるような制約を課す必要がある。具体的には、推奨操作量の演算にあたって、トリガー信号制約手段３ｆによって、自車０の車線変数の値がチェックされ、車線変数の状態によって、トリガー信号の取り得る値に制約を加える。例えば、次のような制約条件を課することができる。
【００６８】
【表１】

すなわち、車線変数に応じた車線位置の判定を行い、車線位置の判定結果に基づいて、可能なトリガー信号の値の組を決める。可能なトリガー信号の組の中から、（３８）式を満たすようなトリガー信号を探す、という計算手順になる。さらに、万全を期すためには、トリガー信号の変化に伴い、車線変数が遷移状態にある間は、トリガー信号の変更を禁止するという制約を加えることもできる。車線変数は、対応するトリガー信号の変化に対して、（３）、（４）式のようなダイナミクスに従って、遅延を伴ってトリガー信号に追従する。この遅延を実際の物理的な運動になぞらえるなら、車線変数が−１と１以外の値をとっている状態というのは、車線変更に伴う運動が行なわれている状態であるとみなすことができる。車線変更を１車線ごとに実行するという制約を考えるなら、ある車線変数が遷移中の状態にある場合には、他の車線変数は遷移状態になってはならない、という制約に置き換えることができる。そこで、
【００６９】
【数４１】

という条件を満たすときだけ、トリガー信号の変化を許可し、そうでない場合には、１ステップ前のトリガー信号のパターンが保持される、という計算規則でそのような制約を表現することにする。ここで、εは数値計算の誤差を考慮して導入された小さな値を持つ正の定数である。
【００７０】
二つ目の問題は、ωλ_３ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｌ ^＊＝０あるいはωλ_４ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｒ ^＊＝０となった場合の対応である。この場合、数学的には、どちらの車線へ車線変更してもよい、ということになるが、推奨操作量の演算にあたっては、評価が同じであっても、どちらかの車線を選択して経路を指示する必要がある。そこで、優先走行車線指定手段３ｅによって車線の優先度を指定することにより、評価が同じになった場合の出力を決めるものとする。例えば、図３のような三車線道路において、右車線に最も高い優先順位をつけて、次いで中央車線、左車線という順番に優先度を割り振ったとする。このとき、表１のトリガー信号の制約条件の表のように、可能なトリガー信号を絞りこんで、ωλ_３ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｌ ^＊＝０あるいはωλ_４ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｒ ^＊＝０となって、可能なトリガー信号に対応するハミルトニアンの値が同じになってしまう場合には、優先順位の高い車線に対応するトリガー信号を推奨操作量として出力することにする。例えば、中央車線を走行している状態(ｙ_Ｌ ^＊，ｙ_Ｒ ^＊)＝(１，−１)で、ωλ_３ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｌ ^＊＝０あるいはωλ_４ ^＊−ｗ_Ｙｙ_Ｒ ^＊＝０となった場合、可能な車線変更先の中で最も優先順位の高い右車線への車線変更を指示する(ｕ_Ｌ ^＊，ｕ_Ｒ ^＊)＝(１，１)を推奨操作量として出力する。
以上に説明したような暫定解の更新と最適性の条件のチェックからなる反復演算によって、推奨操作量の計算を実行するのが推奨操作量演算手段３ｄの処理内容である。
算出された推奨操作量は、表示装置４に転送されて運転者に提示される。
【００７１】
図４、５に、図３の場面における推奨操作量生成の例を示す。
左車線の車両１の初期車間距離が、ｘ_１−ｘ_０＝６０ｍの場合の結果を図４に示す。
中央車線に留まったまま減速して右車線の車両３をやり過ごし、車両３が自車０を追い越した後、トリガー信号ｕ_Ｒが−１から１に変化し、右車線に車線変更するという推奨操作量が得られている。
一方、車両１の初期車間距離がｘ_１−ｘ_０＝２０ｍの場合の結果を図５に示す。
今度は左車線の車両１を自車０が追い越した後、トリガー信号ｕ_Ｌが１から−１に変化し、左車線に車線変更するという推奨操作量が得られている。
このように、状況に応じて左右どちらの方向にも車線変更の指示が生成できる結果が得られる。
【００７２】
まとめとして、全体としての処理の流れを図６のフローチャートに沿って説明する。
ステップ１では、周囲車両検出手段６の周囲センサ１ａ〜１ｄ、および自車状態検出手段７の車速センサ２の各信号を読み込む。この時点で、各車の速度および自車０と周囲車両との相対的な位置を算出し、（１３）式のようなベクトルが算出される。
【００７３】
ステップ２では、検出した車線数に応じて、必要な数だけ車線変更のトリガー信号と対応する車線変数、および両車を関連付ける（３）、（４）式のような車線変更モデルが生成され、初期値設定とパラメータ設定からなる初期化が行なわれる。
【００７４】
ステップ３では、トリガー信号ｕ_Ｌとｕ_Ｒの初期暫定解が適当に生成される。例えば、現在の車線位置をそのまま保持するような初期暫定解が設定される。
【００７５】
ステップ４では、優先走行車線指定手段３ｅの設定が読み込まれ、検出した車線の優先順位付けが行なわれる。
【００７６】
ステップ５では、自車０の縦方向モデルと他車のモデルが生成される。具体的には、自車０の縦方向モデルとして（２）式が、検出車両１台ごとに（５）式のモデルがそれぞれ生成され、各々について初期化が行なわれる。
【００７７】
ステップ６では、（３３）式に示したような評価式Ｌ(τ)が構成され、メモリー上に読み込まれる。
【００７８】
ステップ７では、設定されたトリガー信号ｕ_Ｌとｕ_Ｒの暫定解を用いて、最適化問題を適当な手法を用いて解き、縦方向の最適解ｕ_ｘ ^＊とそれに対応する二点境界値問題の解Ｘ^＊とｅ^・・＊を算出する。
【００７９】
ステップ８では、ステップ７で求められた二点境界値問題の解Ｘ^＊とｅ^・・＊をもとに、（４０）式、および表１に基づいてトリガー信号ｕ_Ｌとｕ_Ｒの暫定解を更新し、新たな暫定解ｕ_Ｌ ^＊とｕ_Ｒ ^＊を得る。
【００８０】
ステップ９では、ステップ７で求められたｕ_ｘ ^＊と、ステップ８で求められたｕ_Ｌ ^＊とｕ_Ｒ ^＊が最適性の条件（３６）〜（３８）式を満たしているかどうかをチェックする。満たしていれば、ステップ１０へ進み、その時点におけるｕ_ｘ ^＊、ｕ_Ｌ ^＊、ｕ_Ｒ ^＊を推奨操作量として確定し、表示装置４に転送して処理を終了する。満たしていない場合には、その時点におけるｕ_ｘ ^＊、ｕ_Ｌ ^＊、ｕ_Ｒ ^＊を暫定解としてステップ７に戻り、新たな暫定解を計算する。
以上説明したように、本実施の形態では、自車０の周囲車両を検出する周囲車両検出手段６と、自車０の状態を検出する自車状態検出手段７と、自車０の前方の車線の位置と数を検出する車線検出手段５と、周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段３ｂと、自車０に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段３ｃと、周囲車両挙動予測手段３ｃの出力と評価関数構成手段３ｃの出力とから、自車０にとって望ましい加減速量の時系列信号と、自車０にとって望ましい走行車線と車線変更のタイミングを示す車線変更トリガー信号の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段３ｄとを備え、推奨操作量演算手段３ｄは、自車０が三車線以上の車線から構成される多車線道路を走行している場合、隣接する車線ごとに車線変更の必要性を判定し、車線変更を指示する車線変更トリガー信号を算出する場合には、指示した車線変更の操作が完了したとみなされるまでは、別の車線変更を指示する車線変更トリガー信号を算出しないという構成を備えている。
【００８１】
このような本実施の形態にあっては、隣接する車線ごとに車線変更の必要性を判定し、車線変更を指示する場合でも隣接する車線への車線変更が完了するとみなされるまでは次の車線変更を指示しないような構成となっているので、一度に二車線以上をまたぐような急激な操作が生成されることが抑制され、よりリスクの小さい現実的な推奨操作量を生成することができる。
【００８２】
本実施の形態の装置では、単純にリスクのある操作を抑制するだけでなく、リスクが小さくなるような運転操作を算出し、算出された情報を運転者に伝達することによって、運転者にリスクの小さい運転を積極的に促すことができる。将来予測は単純にリスクポテンシャルの値を追うだけでは不十分であり、予測を織り込むための系統的な手順が必要であるが、本装置では、周囲車両の将来予測を織り込むことで、提示する運転操作をより現実的なものにすることができる。また、走行する道路が片側三車線以上の多車線道路である場合には、単に車線変更を推奨するだけでなく、どの車線に車線変更すべきかまで提示することができる。本装置では、車線変更のタイミングを提示するために、車線変更のトリガーとなる信号を定義して、トリガー信号をアウトプットとするような推奨操作量のアルゴリズムが設計され、トリガー信号と実際の車線とが、トリガー信号の算出アルゴリズムと整合性を持つように対応付けて車線を表現し、車線変更のタイミングを提示することができる。
【００８３】
また、検出されたすべての車線のうち、隣り合う二つの車線一組ごとに一つの車線変更トリガー信号が割り当てられるように、車線変更トリガー信号の生成と削除を行なうトリガー信号管理手段３ａと、周囲車両挙動予測手段３ｂによって算出される自車０の走行車線の予測状態によって、推奨操作量演算における車線変更トリガー信号のとり得る値を制限するトリガー信号制約手段３ｆとを備えるという構成を備えている。
【００８４】
このように、隣り合う二つの車線一組ごとに一つの車線変更トリガー信号が割り当てられるので、車線変更の必要性の判定を、該当するトリガー信号が現在の車線に対応する値をとった場合と、車線変更先の車線に対応する値をとった場合の評価を比較することによって簡単に実行できる他、左側車線への車線変更と右側車線への車線変更を独立に評価、比較することができるので、車線数がどれだけ増えても二車線道路における車線変更の判定ロジックを組み合わせることで、適切な車線変更のトリガー信号を系統的かつ簡便に算出することができる。
【００８５】
また、検出された車線の走行優先度を指定する優先走行車線指定手段３ｅを備え、トリガー信号制約手段３ｆは、推奨操作量演算において、左側車線への車線変更の望ましさと、右側車線への車線変更の望ましさとが等しく、かつ、車線変更しないよりも車線変更する場合の方が望ましいという評価が得られた場合、優先走行車線指定手段３ｅによって指定された優先順位の高い車線への車線変更を促す車線変更トリガー信号を出力するような制約を推奨操作量演算手段３ｄに課すという構成を備えている。
【００８６】
このように、あらかじめ走行車線に優先度をつけておくことで、左側車線への車線変更の望ましさと右側車線への車線変更の望ましさが等しくなった場合でも、左側車線へのトリガーと右側車線へのトリガーが同時に立ち上がるという矛盾した演算結果が出ることを防止することができるので、常に矛盾のない推奨操作量を出力することができるようになる。
【００８７】
また、トリガー信号制約手段３ｆは、推奨操作量演算において、自車０の走行車線または自車０が走行すると予測される車線と関連づけられていない車線変更トリガー信号の変更を禁止するような制約を推奨操作量演算手段３ｄに課すという構成を備えている。
【００８８】
従って、トリガー信号群が実際の車線と対応づけられていない組み合わせの値をとることを防止することができるので、常に矛盾のない推奨操作量を出力することができるようになる。
【００８９】
また、各車線変更トリガー信号は、左側車線に対応する値と右側車線に対応する値の二通りの値のみをとる信号として定義され、周囲車両挙動予測手段３ｂは、各車線変更トリガー信号を入力とし、車線変更トリガー信号の左側車線と右側車線に対応する値として定義された二つの値およびその中間の任意の連続値をとる車線変数を出力する車線変更モデルを含み、車線変数が車線変更トリガー信号の変化に対して遅延を伴って追従するという構成を備えている。
【００９０】
このように、トリガー信号を離散的な信号として定義することで、走行すべき車線を明確に指示することができる一方で、車線変更モデルによってトリガー信号に追従する連続値信号である車線変数が生成され、車線変更に伴う物理的な運動の連続的な性質を考慮したモデル化が可能になり、トリガー信号の不連続的な変化による加減速パターンの不連続な変化などの悪影響を防止することができる。
【００９１】
また、トリガー信号制約手段３ｆは、車線変更トリガー信号と対応する車線変数の偏差が所定値よりも大きい組が一つでも存在する場合には、車線変更トリガー信号の変更を禁止するような制約を推奨操作量演算手段３ｄに課すという構成を備えている。
【００９２】
このように、本実施の形態にあっては、すぐ隣の車線への車線変更が終了したか否かを車線変数とトリガー信号の偏差によって判断しており、車線変数のトリガー信号への追従遅れを車線変更の物理的な実行に必要な時間に対応させること可能になるので、一度の車線変更が終了しないうちに次の車線変更が始まることを抑制するという機能を系統的に実現することができる。
【００９３】
また、評価関数構成手段３ｃで構成される評価関数は、自車０と周囲車両との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項と、自車０の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項を含み、周囲車両評価項は、各車線上にいる周囲車両との相対的な位置関係を評価する車線評価項と、車線変数を０とある適当な実数値を両端とする閉区間上に写像する関数であって、車線変数の右側車線に対応する値を０に写像する左接続関数と、車線変数の左側車線に対応する値を０に写像する右接続関数とからなり、各車線評価項に対して該当する車線が左側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする左接続関数と、該当する車線が右側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする右接続関数との積を作り、各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されるという構成を備えている。
【００９４】
このように、本実施の形態にあっては、車線変数を用いた連続関数で各車線のリスクを表す関数を連結することで、周囲車両によるリスクを評価する周囲車両評価項を構成しているので、各車線ごとにリスクを定義することによって簡便に全車線にわたるリスクを評価する連続関数を構成することができる。
【００９５】
また、左接続関数および右接続関数は、微分可能な単調増加または単調減少関数であって、定義域の両端における微分係数が０でないという構成を備えている。
【００９６】
このように、本実施の形態にあっては、微分可能で微分係数が０にならない関数を用いて接続関数を構成しているので、推奨操作量演算において評価関数の車線変数に関する偏微分係数が、車線変更に伴う周囲車両評価項の値の変化を正しく反映するようになり、評価関数の微分を利用して効率的に推奨操作量を計算することができる。
【００９７】
また、縦方向運動評価項は、自車０が各車線上にいる場合の縦方向の運動を評価する項と、該当する車線が左側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする左接続関数と、該当する車線が右側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする右接続関数との積を作り、各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されるという構成を備えている。
【００９８】
従って、接続関数によって各車線ごとの縦方向運動評価項を連結することができるので、走行する車線によって望ましい加減速のパターンを変化させることができる。
【００９９】
また、評価関数構成手段３ｃは、自車０の速度を評価する自車速評価項を含み、自車速評価項は、自車０が各車線上にいる場合に自車０の速度を評価する項と、該当する車線が左側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする左接続関数と、該当する車線が右側車線に対応づけられている車線変数を入力変数とする右接続関数との積を作り、各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されるという構成を備えている。
【０１００】
このように、本実施の形態にあっては、接続関数によって各車線ごとの自車速評価項を連結することができるので、走行する車線によって望ましい走行車速を切り替えることができる。
【０１０１】
《第二の実施の形態》
本発明の第二の実施の形態を、図７から図１０までの図面に基づいて説明する。
図７は、本発明である車両用推奨操作量生成装置を構成するのに必要な第二の実施の形態の一配置図である。
基本的な構成は第一の実施の形態と同じであるが、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号受信装置９と地図データベース１０が追加されている点が異なる。これに伴い、装置の機能ブロックの構成も、図８に示すように修正される。演算部３における処理の基本的な流れは、第一の実施の形態において示した図５と同一である。
【０１０２】
第二の実施の形態は、図９に示したように、走行車線の数が増える場面における装置の動作について説明するための実施の形態である。図９は、自車０が片側３車線の道路の左車線を走行しているところで、道路の左側に１車線増えて片側４車線となる地点を通過する場面を示している。片側三車線における車線を左から順に車線１、車線２、車線３と呼び、新たに左側に現れた車線を車線０と呼ぶことにする。車線１、車線２、車線３には、それぞれ車両１、車両２、車両３が自車０の前方をほぼ同じ速度で走行している。車両１、車両２、車両３の走行車速は、自車０の希望車速よりも低いとする。ここでも、自車０以外の他車は車線変更を行なわないと仮定する。
【０１０３】
ＧＰＳ信号受信装置９からのＧＰＳ受信信号と、地図データベース１０の情報の照合、および画像センサ１ｂの検出結果から、現在の自車０の走行位置における車線数の増加が確認されたところで、トリガー信号管理手段３ａは、新たな車線に対応するトリガー信号と車線変数、および車線変更モデルの生成を行なう。片側三車線道路において、車線１と車線２の間の車線変更を表現するトリガー信号をｕ_ｙ１、車線２と車線３の間の車線変更を表現するトリガー信号をｕ_ｙ２とし、それぞれに対応する車線変数をそれぞれｙ_１、ｙ_２とする。車線変更モデルは、
【０１０４】
【数４２】

【０１０５】
【数４３】

である。トリガー信号（および車線変数）と実際の車線との対応関係は以下のようになる。
【０１０６】
【数４４】

この状態から車線０が検出されると、新たに車線０と車線１の間の車線変更を表現するトリガー信号ｕ_ｙ０と対応する車線変数ｙ_０が生成され、車線変更モデル
【０１０７】
【数４５】

も導入される。これに伴い、トリガー信号と実際の車線との対応関係も、
【０１０８】
【数４６】

のようになる。
【０１０９】
周囲車両挙動予測式における自車０の縦方向のモデルは、（２）式で構成され、他車両のモデルが（５）式で構成されることは、第一の実施の形態と同様である。
【０１１０】
評価関数も、車線数の増加に伴って変更を受ける。
【０１１１】
縦方向運動評価項は、（１７）式と同一のものをそのまま利用することができる。
【０１１２】
速度評価項は、本実施の形態では、すべての車線で同一の希望車速が設定されるものとして、
【０１１３】
【数４７】

という式が設定されたものとする。ここで、ｖ_ｄは自車０の希望走行車速を表すものとする。
【０１１４】
車線変更評価項は、
【０１１５】
【数４８】

【０１１６】
【数４９】

【０１１７】
【数５０】

という式を定義して、
【０１１８】
【数５１】

と構成することになる。
【０１１９】
周囲車両評価項については、車線ｉの評価をＬ_ｉとして、
【０１２０】
【数５２】

と構成される。ただし、関数ｃ_Ｌ、ｃ_Ｒは、（２５）式で定義された接続関数である。また、評価式Ｌ_０〜Ｌ_３については、図８のような場面の場合、
【０１２１】
【数５３】

のような評価式を構成することができる。
以上のように評価項を構成すると、全体の評価式Ｌは、（３３）式とまったく同じ形式でまとめることができる。
【０１２２】
以上のように、周囲車両挙動予測手段３ｂと評価関数を再構成した後は、推奨操作量演算手段３ｄで推奨操作量を計算することになる。推奨操作量演算手段３ｄにおける処理内容は、第一の実施の形態と同様であり、変数の数が増えたことに伴って制約が増える部分だけが異なっている。例えば、表１に示したトリガー信号の制約は、表２のように修正される。
【０１２３】
【表２】

車線変数の状態に応じて規定される可能なトリガー信号の中から、ハミルトニアンを最小にするトリガー信号のパターンが新たな暫定解として用いられる。
【０１２４】
図１０に、図９の場面における推奨操作量生成の例を示す。
自車０が車線数が増える点より手前にいる場合には、単純に、現在の車速を保持するという推奨操作量が生成されるのに対し、車線数が増えた点では、車線０に車線変更して希望走行車速まで加速するという推奨操作量となっている。
【０１２５】
《第三の実施の形態》
本発明の第三の実施の形態を、図１１および図１２の図面に基づいて説明する。
第三の実施の形態における装置の基本的な構成は、第二の実施の形態と同じであり、図７に示した配置図と図８に示した構成図は同一である。処理の流れも図６のフローチャートと同一である。
【０１２６】
第三の実施の形態は、図１１に示すように、走行車線の数が減る場面における装置の動作について説明するための実施の形態である。
図１１は、自車０が片側３車線の道路の中央車線を走行しており、同じ中央車線の前方に車両１、後方に車両２、右車線前方に車両３が走行している場面である。車両１、車両２の走行車速は、自車０の希望走行車速よりも低くなっている。また、左側車線は前方で中央車線へと合流し、車線数が減少している。
【０１２７】
このような場面では、図６のフローチャートにおけるステップ２のトリガー信号生成処理において、所定の距離（例えば３００ｍ程度の距離をとる）以内の前方で車線の減少を検出したら、車線が減少する地点に自車０が到達するのを待たずに、ただちに減少する車線が関係するトリガー信号と車線変数を削除する。トリガー信号ｕ_ｙ１と車線変数ｙ_１で、左車線と中央車線の車線変更を、トリガー信号ｕ_ｙ２と車線変数ｙ_２で、中央車線と右車線の車線変更を表現していたとすれば、図１１の場面では、トリガー信号ｕ_ｙ１と車線変数ｙ_１が削除される。このような処理によって、車線が減少する手前で、実質的に車線が減少したものと同じ処理へと移行するので、十分な走行距離が確保できずに消滅するような車線へと車線変更するような推奨操作量が生成されることを抑制することができる。
【０１２８】
図１２に、図１１の場面における推奨操作量生成の例を示す。
左車線に空間が空いているにも関わらず、左車線には車線変更せずに、車両３が通過した後に、右車線に車線変更する推奨操作量が得られている。
【０１２９】
上記のように、本実施の形態では、トリガー信号管理手段は、検出している車線が現在の自車０の位置から所定の距離以内の前方で消滅することを検出した場合、自車０が消滅車線上を走行していない場合には、消滅車線に該当する車線変更トリガー信号および車線変数をただちに削除し、自車０が消滅車線上を走行している場合には、隣接車線への車線変更を促すような推奨操作量を演算するように評価関数を修正するという構成を備えている。
【０１３０】
このように、前方で消滅する車線に対応するトリガー信号と車線変数を、実際に車線が消滅する前に削除することによって、すぐに消滅する車線への車線変更を促すような推奨操作量の生成を抑制することができるので、消滅することがわかっている車線への車線変更を推奨することによって運転者に与える違和感を防止することができる。また、自車０が消滅車線上を走行している場合には、車線変更を促す操作量を生成することによって、運転者に車線変更の必要性を早期に知らせることができる。
【０１３１】
《第四の実施の形態》
本発明の第四の実施の形態を、図１３から図１５の図面に基づいて説明する。
第四の実施の形態における装置の基本的な構成は、第三の実施の形態と同じであり、図７に示した配置図と図８に示した構成図は同一である。
第四の実施の形態は、走行車線の数が減る場面における装置の動作について説明するための実施の形態である。第三の実施の形態との違いは、自車０が走行している車線が前方で消滅していることである。ここでは、図１３のような場面を考える。図１３は、自車０が片側３車線の道路の左車線を走行しており、中央車線の前方に車両１、後方に車両２、右車線前方に車両３が走行している場面である。左側車線は前方で中央車線へと合流し、車線数が減少している。第四の実施の形態においても、トリガー信号ｕ_ｙ１と車線変数ｙ_１で左車線と中央車線の車線変更を、トリガー信号ｕ_ｙ２と車線変数ｙ_２で中央車線と右車線の車線変更を表現する。
【０１３２】
このような場合、自車０が現在の車線に留まり続けることはできず、車線が消滅する前に車線変更することが必要になる。そこで、所定の距離（例えば３００ｍ程度）以内の前方で車線の減少を検出したら、中央車線への車線変更がしやすくなるように評価関数を修正して、車線変更を促すような推奨操作量を生成することで、運転者に車線変更の必要性を知らせることにする。
【０１３３】
ここでは、縦方向運動評価項と車線変更評価項の二つの評価項に対して修正を加えることで、車線変更しやすい評価関数を構成する。
【０１３４】
縦方向運動評価項については、左車線における重み付け係数を、中央車線および右車線における重み付け係数よりも小さく設定することで、車線変更に伴う縦方向の運動をより自由に行なえるような構成とする。具体的には、左車線における重み付け係数をｗ_Ｘ１、中央車線および右車線における重み付け係数をｗ_Ｘ２として、重み付け係数を含めた縦方向運動評価項を
【０１３５】
【数５４】

のように再構成する。
【０１３６】
車線変更評価項については、トリガー信号ｕ_ｙ１と車線変数ｙ_１の差を評価する評価項に対する重み付け係数を小さくしてトリガー信号ｕ_ｙ１を変化しやすくすると同時に、ｕ_ｙ１＝１に対する評価をｕ_ｙ１＝−１に対する評価よりも小さくするような項を新たに導入することによって、右車線に車線変更しやすい評価関数を構成する。具体的には、
【０１３７】
【数５５】

という表現式が考えられる。
【０１３８】
周囲車両評価項、速度評価項については、第二、第三の実施の形態に準じて構成することができる。
【０１３９】
以上より、全体の評価式を
【０１４０】
【数５６】

と構成する。このとき、（３５）式で定義されるハミルトニアンの中で、ｕ_ｙ１に関係する項を抜粋すると、次のようになる。
【０１４１】
【数５７】

従って、自車０が左車線にいる時（ｙ_１＝−１の時）、中央車線への車線変更を指示するトリガー信号ｕ_ｙ１＝１が生成されるための条件は、
【０１４２】
【数５８】

となる。従って、ｗ_Ｙ１を小さくすればするほど、またｗ_ＵＹ１を大きくすればするほど、中央車線へ車線変更しやすい推奨操作量演算則とすることができる。
推奨操作量演算手段３ｄの処理内容は、第一の実施の形態と同様である。
【０１４３】
以上のような評価関数の切り替え処理が入るため、第四の実施の形態におけるフローチャートは、図１４のように修正される。
ステップ１では、周囲車両検出手段６の周囲センサ１ａ〜１ｄ、および自車状態検出手段７の車速センサ２の各信号を読み込む。この時点で、各車の速度および自車０と周囲車両との相対的な位置を算出し、（１３）式のようなベクトルＸが算出される。
【０１４４】
ステップ２では、検出した車線数に応じて、必要な数だけ車線変更のトリガー信号と対応する車線変数、および両車を関連付ける車線変更モデルが生成され、初期値設定とパラメータ設定からなる初期化が行なわれる。
【０１４５】
ステップ３では、トリガー信号ｕ_ｙ１とｕ_ｙ２の初期暫定解が適当に生成される。例えば、現在の車線位置をそのまま保持するような初期暫定解が設定される。
【０１４６】
ステップ４では、優先走行車線指定手段３ｅの設定が読み込まれ、検出した車線の優先順位付けが行なわれる。
【０１４７】
ステップ５では、自車０の縦方向モデルと他車のモデルが生成される。具体的には、自車０の縦方向モデルとして（２）式が、検出車両１台ごとに（５）式のモデルがそれぞれ生成され、各々について初期化が行なわれる。
【０１４８】
ステップ６では、あらかじめ設定された通常走行時のための評価関数が読み込まれる。
【０１４９】
ステップ７では、ＧＰＳ信号受信装置９からのＧＰＳ受信信号と、地図データベース１０の情報、および現在の自車０の車線位置の照合が行なわれ、自車０の走行車線が所定の距離以内で消滅するか否かが判定される。消滅が判定された場合には、ステップ８に進み、通常走行時に設定される評価関数を読み込んだ上で、（５４）、（５５）式の例に示したように、車線変更しやすいような特性をもつ評価関数を再構成した上で、ステップ９に進む。消滅が判定されなかった場合には、そのままステップ９に進む。
【０１５０】
ステップ９では、設定されたトリガー信号ｕ_ｙ１とｕ_ｙ２の暫定解を用いて、最適化問題を適当な手法を用いて解き、縦方向の最適解ｕ_ｘ ^＊とそれに対応する二点境界値問題の解Ｘ^＊とｅ^・・＊を算出する。
【０１５１】
ステップ１０では、ステップ９で求められた二点境界値問題の解Ｘ^＊とｅ^・・＊をもとに、トリガー信号ｕ_ｙ１とｕ_ｙ２のの暫定解を更新し、新たな暫定解ｕ_ｙ１ ^＊とｕ_ｙ２ ^＊を得る。
【０１５２】
ステップ１１では、ステップ９で求められた縦方向の最適解ｕ_ｘ ^＊と、ステップ１０で求められた暫定解ｕ_ｙ１ ^＊とｕ_ｙ２ ^＊が最適性の条件（３６）〜（３８）式を満たしているかどうかをチェックする。満たしていれば、ステップ１２へ進み、その時点におけるｕ_ｘ ^＊、ｕ_ｙ１ ^＊、ｕ_ｙ２ ^＊を推奨操作量として確定し、表示装置４に転送して処理を終了する。満たしていない場合には、その時点におけるｕ_ｘ ^＊、ｕ_ｙ１ ^＊、ｕ_ｙ２ ^＊を暫定解としてステップ９に戻り、新たな暫定解を計算する。
【０１５３】
図１５に、図１３の場面における推奨操作量生成の例を示す。
ただちに加速して車両２との車間距離を広げて、中央車線へと車線変更する推奨操作量が得られている。
【０１５４】
なお、運転者が実際に推奨操作量に従って運転し、中央車線へ車線変更した場合には、第三の実施の形態と同様の場面になるので、車線変更が完了した時点でトリガー信号ｕ_ｙ１と車線変数ｙ_１が削除され、以後、左車線は存在しないものとして推奨操作量生成が続けられる。
【０１５５】
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】本発明の第一の実施の形態の車両用推奨操作量生成装置の一配置図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態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】本発明の第一の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示す図である。
【図５】本発明の第一の実施の形態における推奨操作量計算の結果の別の例を示す図である。
【図６】本発明の第一の実施の形態の処理のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態の一配置図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態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９】本発明の第二の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示す図である。
【図１１】本発明の第三の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第三の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示す図である。
【図１３】本発明の第四の実施の形態の適用場面の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第四の実施の形態の処理のフローチャートを示す図である。
【図１５】本発明の第四の実施の形態における推奨操作量計算の結果の例を示す図である。
【符号の説明】
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…車速センサ
３…演算部
３ａ…トリガー信号管理手段
３ｂ…周囲車両挙動予測手段
３ｃ…評価関数構成手段
３ｄ…推奨操作量演算手段
３ｅ…優先走行車線指定手段
３ｆ…トリガー信号制約手段
４…表示装置
５…車線検出手段
６…周囲車両検出手段
７…自車状態検出手段
８…周囲車両情報
９…ＧＰＳ信号受信装置
１０…地図データベース

Claims

自車の周囲車両を検出する周囲車両検出手段と、
前記自車の状態を検出する自車状態検出手段と、
前記自車の前方の車線の位置と数を検出する車線検出手段と、
前記周囲車両の挙動を予測する周囲車両挙動予測手段と、
前記自車に対する運転操作の望ましさを算出する評価関数を構成する評価関数構成手段と、
前記周囲車両挙動予測手段の出力と前記評価関数構成手段の出力とから、前記自車にとって望ましい加減速量の時系列信号と、前記自車にとって望ましい走行車線と車線変更のタイミングを示す車線変更トリガー信号の時系列信号から構成される推奨操作量を算出する推奨操作量演算手段とを備え、
前記推奨操作量演算手段は、前記自車が三車線以上の車線から構成される多車線道路を走行している場合、隣接する車線ごとに車線変更の必要性を判定し、車線変更を指示する前記車線変更トリガー信号を算出する場合には、指示した車線変更の操作が完了したとみなされるまでは、別の車線変更を指示する前記車線変更トリガー信号を算出しないことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項１記載の車両用推奨操作量生成装置において、
検出されたすべての車線のうち、隣り合う二つの車線一組ごとに一つの前記車線変更トリガー信号が割り当てられるように、前記車線変更トリガー信号の生成と削除を行なうトリガー信号管理手段と、
前記周囲車両挙動予測手段によって算出される前記自車の走行車線の予測状態によって、推奨操作量演算における前記車線変更トリガー信号のとり得る値を制限するトリガー信号制約手段と
を備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記載の車両用推奨操作量生成装置において、
検出された車線の走行優先度を指定する優先走行車線指定手段を備え、
前記トリガー信号制約手段は、
推奨操作量演算において、左側車線への車線変更の望ましさと右側車線への車線変更の望ましさとが等しく、かつ、車線変更しないよりも車線変更する場合の方が望ましいという評価が得られた場合、優先走行車線指定手段によって指定された優先順位の高い車線への車線変更を促す前記車線変更トリガー信号を出力するような制約を前記推奨操作量演算手段に課すことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項２または３記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記トリガー信号制約手段は、
推奨操作量演算において、前記自車の走行車線または前記自車が走行すると予測される車線と関連づけられていない前記車線変更トリガー信号の変更を禁止するような制約を前記推奨操作量演算手段に課すことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項１ないし４のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置において、
各前記車線変更トリガー信号は、
左側車線に対応する値と右側車線に対応する値の二通りの値のみをとる信号として定義され、
前記周囲車両挙動予測手段は、各前記車線変更トリガー信号を入力とし、前記車線変更トリガー信号の左側車線と右側車線に対応する値として定義された二つの値およびその中間の任意の連続値をとる車線変数を出力する車線変更モデルを含み、
前記車線変数が前記車線変更トリガー信号の変化に対して遅延を伴って追従することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項５記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記トリガー信号制約手段は、
前記車線変更トリガー信号と対応する前記車線変数の偏差が所定値よりも大きい組が一つでも存在する場合には、前記車線変更トリガー信号の変更を禁止するような制約を前記推奨操作量演算手段に課すことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項５または６記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段で構成される評価関数は、
前記自車と前記周囲車両との相対的な位置、速度の関係の少なくとも一方を評価する周囲車両評価項と、
前記自車の縦方向の運動を評価する縦方向運動評価項を含み、
前記周囲車両評価項は、
各車線上にいる前記周囲車両との相対的な位置関係を評価する車線評価項と、前記車線変数を０とある適当な実数値を両端とする閉区間上に写像する関数であって、
前記車線変数の右側車線に対応する値を０に写像する左接続関数と、
前記車線変数の左側車線に対応する値を０に写像する右接続関数とからなり、
各前記車線評価項に対して該当する車線が左側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記左接続関数と、該当する車線が右側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記右接続関数との積を作り、
各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されることを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項７記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記左接続関数および前記右接続関数は、
微分可能な単調増加または単調減少関数であって、
定義域の両端における微分係数が０でないことを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項７または８記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記縦方向運動評価項は、
前記自車が各車線上にいる場合の縦方向の運動を評価する項と、
該当する車線が左側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記左接続関数と、
該当する車線が右側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記右接続関数との積を作り、各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されることを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項７ないし９のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記評価関数構成手段は、
前記自車の速度を評価する自車速評価項を含み、
前記自車速評価項は、
前記自車が各車線上にいる場合に前記自車の速度を評価する項と、
該当する車線が左側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記左接続関数と、
該当する車線が右側車線に対応づけられている前記車線変数を入力変数とする前記右接続関数との積を作り、各車線ごとに得られた積の項を足し合わせることによって構成されることを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。
請求項１ないし１０のいずれか記載の車両用推奨操作量生成装置において、
前記トリガー信号管理手段は、
検出している車線が現在の前記自車の位置から所定の距離以内の前方で消滅することを検出した場合、前記自車が消滅車線上を走行していない場合には、消滅車線に該当する前記車線変更トリガー信号および前記車線変数をただちに削除し、前記自車が消滅車線上を走行している場合には、隣接車線への車線変更を促すような推奨操作量を演算するように前記評価関数を修正することを特徴とする車両用推奨操作量生成装置。