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特許7405050自動運転装置、自動運転方法及びプログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】自動運転装置、自動運転方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
   B60W 30/08 20120101AFI20231219BHJP
   B60W 60/00 20200101ALI20231219BHJP
   G08G 1/16 20060101ALI20231219BHJP
【FI】
B60W30/08
B60W60/00
G08G1/16 C
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2020161348
(22)【出願日】2020-09-25
(65)【公開番号】P2022054265
(43)【公開日】2022-04-06
【審査請求日】2022-05-31
(73)【特許権者】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004222
【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100124084
【弁理士】
【氏名又は名称】黒岩 久人
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(72)【発明者】
【氏名】原 英之
【審査官】戸田 耕太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開2010-018062(JP,A)
【文献】特開2020-152161(JP,A)
【文献】特開2011-096105(JP,A)
【文献】特開2019-211830(JP,A)
【文献】特開2022-52875(JP,A)
【文献】特開2022-52876(JP,A)
【文献】特開2022-54264(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60W 30/08
B60W 60/00
G08G 1/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
予め設定された目的地への引力の強さに対応する目的地ポテンシャル、及び走行中の車線の中央に向かう引力の強さに対応する車線ポテンシャルに基づいて、自車両の現在位置を起点とする走行経路及び目標速度の組み合わせにより定められる運転モード、及び前記自車両の加減速度及び旋回角速度により定められる現時点を起点とする前記自車両の動きである運転行動を決定する自動運転装置であって、
複数の前記運転モードから、現在から長期予測時間までの長期予測期間に前記走行経路を走行する際に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す長期衝突リスクと、前記長期予測期間に走行可能な距離と、により表される長期コスト関数が最小になるように前記長期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転モード予測する長期予測部と、
前記長期予測部が予測した前記運転モードに基づいて前記自車両が走行している間に、現在から前記長期予測時間よりも短い短期予測時間までの短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す短期衝突リスクと、前記目的地ポテンシャルと、前記車線ポテンシャルと、により表される短期コスト関数が最小になるように、前記短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動である短期運転行動を予測する短期予測部と、
前記短期コスト関数が最小になるときの前記短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から前記短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの超短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す超短期衝突リスクと、前記車線ポテンシャルによって表される超短期コスト関数が最小になるように、前記短期運転行動と異なる前記運転行動を、前記超短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動として予測する超短期予測部と、
を備える、自動運転装置。
【請求項2】
前記長期予測部は、前記自車両が検出した障害物が前記長期予測期間にわたって移動し続けると仮定して前記長期衝突リスクを算出する、
請求項1に記載の自動運転装置。
【請求項3】
前記短期予測部は、前記自車両が検出した障害物が、前記短期予測期間にわたって移動すると仮定したときに前記短期コスト関数が最小になる場合の前記短期衝突リスク、又は前記自車両が検出した障害物が静止していると仮定したときに前記短期コスト関数が最小になる場合の前記短期衝突リスクが前記閾値以上である場合に、前記超短期予測部に、前記超短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動を予測するように指示する、
請求項1又は2に記載の自動運転装置。
【請求項4】
コンピュータが実行する、予め設定された目的地への引力の強さに対応する目的地ポテンシャル、及び走行中の車線の中央に向かう引力の強さに対応する車線ポテンシャルに基づいて、自車両の現在位置を起点とする走行経路及び目標速度の組み合わせにより定められる運転モード、及び前記自車両の加減速度及び旋回角速度により定められる現時点を起点とする前記自車両の動きである運転行動を決定する自動運転方法であって、
複数の前記運転モードから、現在から長期予測時間までの長期予測期間に前記走行経路を走行する際に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す長期衝突リスクと、前記長期予測期間に走行可能な距離と、により表される長期コスト関数が最小になるように、前記長期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転モードを予測するステップと、
予測した前記長期予測期間における前記運転モードに基づいて前記自車両が走行している間に、現在から前記長期予測時間よりも短い短期予測時間までの短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す短期衝突リスクと、前記目的地ポテンシャルと、前記車線ポテンシャルと、により表される短期コスト関数が最小になるように、前記短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動である短期運転行動を予測するステップと、
前記短期コスト関数が最小になるときの前記短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から前記短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの超短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す超短期衝突リスクと、前記車線ポテンシャルによって表される超短期コスト関数が最小になるように、前記短期運転行動と異なる前記運転行動を、前記超短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動として予測するステップと、
を備える、自動運転方法。
【請求項5】
コンピュータに、予め設定された目的地への引力の強さに対応する目的地ポテンシャル、及び走行中の車線の中央に向かう引力の強さに対応する車線ポテンシャルに基づいて、自車両の現在位置を起点とする走行経路及び目標速度の組み合わせにより定められる運転モード、及び前記自車両の加減速度及び旋回角速度により定められる現時点を起点とする前記自車両の動きである運転行動を決定する自動運転方法を実行させるためのプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数の前記運転モードから、現在から長期予測時間までの長期予測期間に前記走行経路を走行する際に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す長期衝突リスクと、前記長期予測期間に走行可能な距離と、により表される長期コスト関数が最小になるように、前記長期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転モードを予測するステップと、
予測した前記長期予測期間における前記運転モードに基づいて前記自車両が走行している間に、現在から前記長期予測時間よりも短い短期予測時間までの短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す短期衝突リスクと、前記目的地ポテンシャルと、前記車線ポテンシャルと、により表される短期コスト関数が最小になるように、前記短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動である短期運転行動を予測するステップと、
前記短期コスト関数が最小になるときの前記短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から前記短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの超短期予測期間に前記自車両が障害物に衝突するリスクの大きさを示す超短期衝突リスクと、前記車線ポテンシャルによって表される超短期コスト関数が最小になるように、前記短期運転行動と異なる前記運転行動を、前記超短期予測期間に前記自車両が走行する際に最適な前記運転行動として予測するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動運転装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動運転の分野において、リスクポテンシャル法により自車両の運転行動を決定する試みが行われている。リスクポテンシャル法では、将来の予測時間内における各時刻のポテンシャルの累積値によってコスト関数を評価し、評価結果に基づいて運転行動が決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2010-18062号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
車両が自動運転をする際には、自動車線変更(ALC:Auto Lane Changing)、車速維持システム(CC:Cruise Control)、車間距離制御装置(ACC:Adaptive Cruise Control)、車線維持システム(LKS:Lane Keeping System)、衝突被害軽減ブレーキ(AEB:Autonomous Emergency Braking)、自動操舵回避(AES:Automatic Emergency Steering)等の各種の機能を周辺の状況に応じて最適に組み合わせて動作させる。このような複数の機能の組み合わせを、自車両の周辺の交通状況ごとに応じて設定しようとすると、膨大な数の組み合わせの遷移条件や動作を開発段階で設計する必要があるため、大きな開発工数が要するという問題が生じていた。そして、市街地又は高速道路の分合流部等のように複雑な交通環境に対する汎用性又はロバスト性も不十分であるという課題も生じる。
【0005】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複雑な交通環境における自動運転時の汎用性又はロバスト性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様の自動運転装置は、ポテンシャル場に基づいて自車両の運転行動を決定する自動運転装置であって、走行経路及び目標速度の組み合わせがそれぞれ異なる複数の運転モードから、現在から長期予測時間までの間に前記走行経路を走行する際の長期衝突リスクと、前記長期予測時間までの間に走行可能な距離と、に基づいて、前記自車両が走行する運転モードを選択する長期予測部と、前記長期予測部が選択した前記運転モードに基づいて前記自車両が走行している間に、現在から前記長期予測時間よりも短い短期予測時間までの間の短期衝突リスクに基づいて短期運転行動を決定する短期予測部と、前記短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から前記短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの間の超短期衝突リスクに基づいて前記短期運転行動と異なる超短期運転行動を決定する超短期予測部と、を備える。
【0007】
前記長期予測部は、前記自車両が検出した障害物が前記長期予測時間にわたって移動し続けると仮定して前記長期衝突リスクを算出してもよい。
【0008】
前記短期予測部は、前記自車両が検出した障害物が、前記短期予測時間にわたって移動する場合、前記短期予測時間にわたって静止している場合、又は前記短期予測時間の一部の時間だけ移動する場合に対して算出した前記短期衝突リスクに基づいて前記短期運転行動を決定してもよい。
【0009】
前記短期予測部は、前記短期衝突リスクと、前記長期予測部が選択した前記運転モードに対応する目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルと、に基づいて前記短期運転行動を決定してもよい。
【0010】
前記超短期予測部は、前記自車両が検出した障害物が前記超短期予測時間にわたって移動する場合又は前記超短期予測時間にわたって静止している場合の前記超短期衝突リスクと、前記長期予測部が選択した前記運転モードに対応する車線ポテンシャルとに基づいて前記超短期運転行動を決定してもよい。
【0011】
前記長期予測部、前記短期予測部及び前記超短期予測部は、前記自車両が検出した障害物が、当該障害物が検出された時点の速度及び加速度の双方に従って移動すると仮定して運転行動を決定してもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、複雑な交通環境における自動運転時に、汎用性及びロバスト性に優れた運転行動を決定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】自動運転装置の構成の一例を説明するための模式図である。
図2】複数の予測の概要を示す図である。
図3】複数の予測の概要を示す図である。
図4】制御装置の構成を示す図である。
図5】制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。
図6】短期予測の流れを示すフローチャートである。
図7】超短期予測の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[自動運転装置の概要]
本発明の一の実施形態に係る自動運転装置の概要について、図1を参照しながら説明する。本実施形態に係る自動運転装置は、例えば車両に搭載されており、車両を自動走行させるための各種の処理を実行する装置である。
【0015】
図1は、自動運転装置1の構成の一例を説明するための模式図である。自動運転装置1は、例えばトラック等の車両に搭載されており、自車両の運転を支援する。自動運転装置1は、例えば自動運転時に運転モード及び運転行動を決定する。運転モードは、自車両の現在位置を起点とする走行経路及び目標走行速度の組み合わせにより定められる。運転行動は、例えば自車両の加減速度及び旋回角速度(以下、「ヨーレート」という)により定められる、現時刻を起点とする自車両の動きである。自動運転装置1は、ポテンシャル場に基づいて、自車両の運転モード及び運転行動を決定する。
【0016】
自動運転装置1は、図1に示すように、車両検出部2と、環境認識部4と、地図データベース6と、制御装置10とを有する。
車両検出部2は、自車両の状態を検出する。車両検出部2は、自車両の位置や速度を検出する。例えば、車両検出部2は、GPS(Global Positioning System)受信機を有しており、GPS受信機が受信した電波により自車両の位置を検出する。車両検出部2は、自車両位置の検出結果に基づく自車両の位置及び速度を示す走行情報を制御装置10に出力する。
【0017】
環境認識部4は、自車両の周辺の環境状況を認識する。例えば、環境認識部4は、カメラ、レーダ等の外部センサを有する。環境認識部4は、外部センサの出力に基づいて、自車両の周辺の物体(例えば、他車両、自転車、歩行者等)を認識する。また、環境認識部4は、例えば自車両が走行する車線の位置や幅等に加え、走行可能領域を認識しうる。環境認識部4は、周辺環境の認識結果を示す周辺情報を制御装置10に出力する。
【0018】
地図データベース6は、道路地図情報を記憶している。道路地図情報には、例えば、道路の緯度、経度及び標高の3次元座標を示すデータが含まれている。また、道路地図情報には、自車両が走行する道路の車線数や車線構造の情報が含まれている。さらに、地図データベース6は、車両検出部2が検出した自車両の位置に基づいて、環境認識部4で認識する車線の情報を代わりに取得することができる。
【0019】
制御装置10は、自動運転装置1の動作を制御する。制御装置10は、ポテンシャル場を用いて、自車両の運転行動を決定する。ポテンシャル場は、例えば、目的地ポテンシャル、障害物ポテンシャル又は車線ポテンシャルである。目的地ポテンシャルは、予め設定された目的地への引力又は斥力に基づくポテンシャルである。障害物ポテンシャルは、障害物からの斥力に基づくポテンシャルである。車線ポテンシャルは、所定の車線に追従しようとするポテンシャルである。
【0020】
詳細は後述するが、本実施形態の制御装置10は、所定の期間にわたるポテンシャルの累積値と、顕在リスクとしての最大衝突リスクと、を含むコスト関数を最小化することができる運転行動を決定する。これにより、自動運転装置1は、障害物の大きさに依存した運転行動の決定を防止でき、より安全な自動運転を実現できる。
【0021】
制御装置10は、運転行動を決定するために、それぞれ予測時間及び予測方法が異なる長期予測、短期予測及び超短期予測を用いる。図2及び図3は、これらの複数の予測の概要を示す図である。
【0022】
長期予測は、最も長い期間にわたる衝突リスクを算出することにより、複数の運転モードのうちどの運転モードを選択することが最良かを決定する処理であり、例えば自動車線変更処理である。図3(a)は、長期予測において選択される候補となる複数の運転モードを示している。長期予測においては、例えば、自車両が走行中の車線をそのまま走行する運転モードI、自車両が走行中の車線の右側の車線に車線変更する運転モードI、自車両が走行中の車線の左側の車線に車線変更する運転モードIから、衝突リスクが比較的小さく、長期予測を行う対象となる時間内での走行距離が比較的大きくなる運転モードが選択される。
【0023】
長期予測は、例えばΔt=10秒間にわたる衝突リスク(以下、「長期衝突リスク」という場合がある)と、Δtの間に走行可能な距離とをパラメータとする長期コスト関数に基づいて運転モードを選択する処理であり、後述の短期予測と比較して多くの計算負荷を伴うことから例えば200ミリ秒から1秒程度の周期で実行される。
【0024】
長期予測で用いられる長期コスト関数は、たとえば以下の式(1)により表される。
【数1】
式(1)における第1項は、各運転モードに対応する経路における無次元化された最終到達距離(Δtの間に走行可能な距離)であり、第2項は、各経路を通過する際の正規化された最大リスクである。式(1)はこれらの2項の重み付き和として長期コスト関数を定義している。ここで、Vtargetは目標速度、Stendは経路の終点までの道のり距離、Rmax collは経路中の最大衝突リスク、Rth collは経路生成を打ち切るリスクの閾値である。
【0025】
長期予測時間は比較的長いので、移動する動的障害物が同じ場所に留まり続ける可能性は低い。また、長期予測において検知された長期衝突リスクは、運転行動を変化させることにより回避が可能なので、長期予測においては、自車両の周辺の動的障害物が現時点の速度及び加減速度と同じ速度及び加減速度で移動し続けると仮定してコスト関数が算出される。
【0026】
短期予測においては、長期予測において決定された運転モードに対応するポテンシャル場に基づく近い将来の状態に関する予測であり、例えば車線維持システム、車間距離制御装置、車速維持システムに相当する運転行動を実行する。短期予測は、長期予測時間よりも短い短期予測時間における衝突リスクを予測することにより運転行動を選択する処理である。短期予測は、例えばΔt=2秒~5秒間にわたる衝突リスク(以下、「短期衝突リスク」という場合がある)と、目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルをパラメータとする短期コスト関数に基づいて運転行動を選択する処理である。短期予測は、直近の運転行動を決定する必要があることから例えば10ミリ秒から50ミリ秒程度の周期で実行される。
【0027】
図3(b)は、短期予測において選択される候補となる複数の運転行動を複数の矢印で示している。短期予測においては、これらの複数の運転行動のうち、短期コスト関数が最小になる運転行動が選択される。
【0028】
短期コスト関数は、例えば以下の式(2)により表される。
【数2】
式(2)における第1項は基本走行ポテンシャルUbaseの短期予測時間内における累積値であり、第2項は複数の運転行動それぞれの衝突リスクのうち最大のリスクRmax collと予測時間の積である。また、(Xt front, Yt front)は自車両前面位置の座標を表す。なお、基本走行ポテンシャルは目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルを含んでいる。Udst(X,Y)は目的地ポテンシャルであり、Ulaneは車線ポテンシャルである。これらを加算した値が式(2)における基本走行ポテンシャルUbaseである。
【0029】
基本走行ポテンシャルは、自車両を予め設定された目的地に設定速度(例えば制限速度)で向かわせるための目的地ポテンシャルと、自車両を車線追従させるための車線ポテンシャルとを含む。目的地ポテンシャルは、例えば、目標速度と自車両の速度との速度差に比例した速度差ポテンシャルと、目標位置と自車両の位置の間の方位差に比例した方位差ポテンシャルとを加算したポテンシャルである。また、車線ポテンシャルは、例えば、自車両を所定の車線の中央に発生させる引力ポテンシャルと、車線の両端に発生させる斥力ポテンシャルとを含む。
【0030】
短期予測においては、自車両が自ら危険な状況にならないようにすることが重要である。そこで、短期予測においては、例えば動的障害物が移動する場合と、動的障害物が同じ場所に留まる場合の両方の場合のリスクを考慮して運転行動が決定される。
【0031】
超短期予測は、短期予測時間よりも短い超短期予測時間における衝突リスクを予測することにより運転行動を選択する処理であり、例えば自動操舵回避処理、又は衝突被害軽減ブレーキの少なくともいずれかの機能に相当する。超短期予測は、例えばΔtS’=1秒程度の時間にわたる衝突リスク(以下、「超短期衝突リスク」という場合がある)をパラメータとする超短期コスト関数に基づいて運転行動を選択する処理である。
【0032】
図3(c)は、超短期予測において選択される候補となる複数の運転行動を複数の矢印で示している。超短期予測においては、これらの複数の運転行動のうち、超短期コスト関数が最小になる運転行動が選択される。
【0033】
超短期コスト関数は、例えば以下の式(3)により表される。
【数3】
超短期予測においては、危険が目前に迫っている状況なので、動的障害物の位置が超短期予測時間にわたって移動するという前提で、衝突を回避可能な安全な領域を探索する。超短期予測においては、障害物を緊急回避することが重要なので、運転行動を探索する際の自車両の加減速度及び旋回角速度の許容値が短期予測よりも大きくする。
【0034】
以上のとおり、自動運転装置1は、長期予測、短期予測及び超短期予測をそれぞれ異なる目的で使用して運転行動を決定する。そして、自動運転装置1は、長期予測と、短期予測及び超短期予測とを異なる周期で並行して実施する。短期予測と超短期予測は同一の周期で実施され、長期予測は、短期予測及び超短期予測の周期よりも長い周期で実施される。自動運転装置1がこのように動作することで、長期予測が完了してから短期予測と超短期予測を行う場合に比べて、運転行動が決定されるまでの遅延時間を小さくすることができるので、自動運転時の運転行動を実時間で決定できる。
以下、制御装置10の構成及び動作を詳細に説明する。
【0035】
[制御装置10の詳細構成]
図4は、制御装置10の構成を示す図である。制御装置10は、記憶部12と、制御部14とを有する。記憶部12は、例えばROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を含む。記憶部12は、制御部14が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。
【0036】
制御部14は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。制御部14は、記憶部12に記憶されたプログラムを実行することにより、情報取得部141、長期予測部142、短期予測部143、超短期予測部144及び運転行動決定部145として機能する。
【0037】
情報取得部141は、自車両の走行情報を取得する。例えば、情報取得部141は、走行中の自車両の位置や速度を取得する。情報取得部141は、車両検出部2(図1)の検出結果から、自車両の位置や速度を取得する。
【0038】
また、情報取得部141は、自車両の周辺の物体に関する情報を取得する。例えば、情報取得部141は、環境認識部4(図1)の検出結果から、自車両の進行方向に存在する物体(他車両や歩行者等)に関する周辺情報を取得する。
【0039】
また、情報取得部141は、走行すべき目標位置や目標速度に関する目標情報を取得する。目標位置は、例えば自車両から所定距離(一例として200m)だけ前方の位置である。目標位置は、地図データベース6に記憶された道路地図情報に設定された任意地点であってもよい。目標速度は、例えば車線の法定速度である。情報取得部141は、例えば、地図データベース6に記憶された道路地図情報を参照して、目標情報を取得しうる。情報取得部141は、取得した走行情報、周辺情報及び道路地図情報を長期予測部142、短期予測部143及び超短期予測部144に入力する。
【0040】
[長期予測]
長期予測部142は、長期予測を実行する。長期予測部142は、走行経路及び目標速度の組み合わせがそれぞれ異なる複数の運転モードから、現在から長期予測時間までの間に走行経路を走行する際の長期衝突リスクと、長期予測時間までの間に走行可能な距離と、に基づいて、自車両が走行する運転モードを選択する。長期予測部142は、例えば上記の式(1)を用いて、複数の運転モードの候補それぞれに対して長期コスト関数Cpath(I)を算出し、以下の式(4)に基づいて、長期コスト関数が最小になる運転モードを選択する。さらに、長期予測部142は、自車両が安定に走行できているか、ウィンカーがONになっているかなどの状態を判定して選択した運転モードに移行する。
【数4】
長期予測部142は、移行した運転モードを運転行動決定部145に通知する。長期予測部142は、移行した運転モードを短期予測部143に通知してもよい。
【0041】
なお、長期予測部142は、自車両が検出した障害物が、長期予測時間にわたって移動し続けると仮定して長期衝突リスクを算出してもよい。長期予測部142は、例えば、当該障害物が検出された時点の速度及び加速度で移動し続けると仮定して長期衝突リスクを算出してもよい。
【0042】
[短期予測]
短期予測部143は、長期予測部142が選択した運転モードに基づいて自車両が走行している間に、現在から長期予測時間よりも短い短期予測時間までの間の短期衝突リスクに基づいて短期運転行動を決定する。短期予測部143は、長期予測部142が選択した運転モードを取得し、取得した運転モードにおけるポテンシャル場での最適な短期運転行動を決定する。すなわち、短期予測部143は、短期衝突リスクと、長期予測部142が選択した運転モードに対応する目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルと、に基づいて短期運転行動を決定する。
【0043】
短期予測部143は、長期予測部142が決定した運転モードに基づいてポテンシャル場に係るパラメータを更新して短期コスト関数を算出することにより短期運転行動を決定する。短期予測部143は、決定した短期運転行動を運転行動決定部145に通知する。短期予測部143は、決定した短期運転行動を超短期予測部144に通知してもよい。
【0044】
短期予測部143は、現在から短期予測時間までの間の走行中の短期衝突リスクをパラメータとして含む短期コスト関数を複数の運転行動それぞれに対して算出する。短期予測部143は、例えば上記の式(2)に基づいて、複数の運転行動の候補それぞれに対して短期コスト関数を算出することができるが、短期予測部143は、短期衝突リスク、目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルをパラメータとして含む短期コスト関数を算出してもよい。また、短期予測部143は、自車両の運転行動として、自車両の加減速度及びヨーレートを決定してもよい。そして、短期予測部143は、以下の式(5)で示されるように、自車両の加減速度及びヨーレートをパラメータとして含む運転行動に対する正則化項を持つ短期コスト関数を算出してもよい。
【数5】
【0045】
短期予測部143は、情報取得部141が取得した情報を用いて、目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルを特定することにより、基本走行ポテンシャルを特定する。
【0046】
式(5)における第3項及び第4項は、滑らかな運転をするために必要な正則化項である。αは加減速度を意味し、γはヨーレートを意味し、wαは加減速度の重みであり、wγはヨーレートの重みである。
【0047】
短期予測部143は、短期コスト関数に含まれる顕在リスクとして、所定の予測時間内の自車両の周辺の物体に対する衝突リスクを求める。例えば、短期予測部143は、環境認識部4が検出した物体に対する最大衝突リスクを求める。周辺に物体が複数ある場合には、短期予測部143は、各物体に対する最大衝突リスクを求める。短期予測部143は、求めた複数の物体に対する最大衝突リスクの中から、最大衝突リスクを求める。
【0048】
最大衝突リスクを用いると、以下のような利点がある。ここでは、自車両の進行方向の前方に、大きい物体(例えば、他車両)と小さい物体(例えば、歩行者)とがあり、安全のために小さい物体を確実に回避する必要があるものとする。衝突リスクの累積値を用いた場合には、物体の大きさに依存した運転行動をとるので、大きい物体を回避して小さい物体へ向かうおそれがある。これに対して、最大衝突リスクを用いると、リスクの高い小さい物体を回避するようになり、安全な運転行動が可能となる。
【0049】
短期予測部143は、以下の式(6)に基づいて、短期コスト関数が最小になる最適運転行動(加減速度及びヨーレート)を決定する。
【数6】
【0050】
このように短期予測部143が短期予測コスト関数の値が最小になる場合の運転行動を選択した場合、前方の障害物、又は自車両に近づいている後方の障害物が非常に近い位置に存在するとき、短期予測部143が選択可能ないずれの運転行動(加減速度及びヨーレート)を選択しても、衝突リスクが高い値になってしまうという場合がある。このような運転行動を自車両が行うと、速度維持又は車線維持が優先されてしまい、障害物と衝突してしまうおそれがある。
【0051】
そこで、短期予測部143は、決定した最適運転行動を行った場合の短期衝突リスクを閾値Rthと比較することにより、最適運転行動により自車両を運転させてもよいか、最適運転行動では危険を回避し切れず、超短期予測に基づく他の運転行動が必要であるかを判定する。閾値Rthは、例えば急な加減速(例えば急ブレーキ)の生じやすさに基づいて定められており、閾値Rthが小さければ小さいほど、超短期予測部144により急な加減速を行う運転行動が選択されやすくなる。短期予測部143は、超短期予測部144に運転行動を決定することを指示した場合に、衝突するおそれがあること、又は急な加減速が行われることを示す警告を音又は表示の少なくともいずれかによって自車両の乗員に通知してもよい。
【0052】
安全性を向上させるために、短期予測部143は、自車両が検出した障害物が、短期予測時間にわたって移動する場合、短期予測時間にわたって静止している場合、又は短期予測時間の一部の時間だけ移動する場合に対して算出した短期衝突リスクに基づいて短期運転行動を決定してもよい。短期予測部143は、これらの場合のうち複数(例えば全て)の場合に対して算出した短期衝突リスクに基づいて短期運転行動を決定してもよい。短期予測部143は、例えば算出した全ての運転行動に基づく短期衝突リスクのうち、短期衝突リスクが閾値Rth未満になる場合の短期運転行動を選択し、選択した短期運転行動を運転行動決定部145に通知する。複数の短期衝突リスクが閾値Rth未満である場合、短期予測部143は短期衝突リスクが最小となる短期運転行動を選択する。
【0053】
一方、算出した全ての短期衝突リスクが閾値以上である場合、又は短期コスト関数が最小になる場合の短期衝突リスクが閾値Rth以上である場合に、短期予測部143は、超短期予測に基づいて運転行動を決定することを超短期予測部144に指示する。
【0054】
[超短期予測]
超短期予測部144は、短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの間の超短期衝突リスクに基づいて短期運転行動と異なる超短期運転行動を決定する。超短期予測部144は、例えば短期予測部143が算出した全ての短期衝突リスクが閾値以上である場合、又は短期コスト関数が最小になる場合の短期衝突リスクが閾値以上である場合に、現在から短期予測時間よりも短い超短期予測時間までの間の走行中の超短期衝突リスクと、超短期衝突リスクをパラメータとして含む超短期コスト関数と、を算出する。超短期予測部144は、超短期衝突リスク、目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルをパラメータとして含む超短期コスト関数を算出してもよい。
【0055】
超短期予測部144は、例えば上記の式(3)に基づいて、複数の運転行動の候補それぞれに対して、超短期衝突リスク及び車線ポテンシャルをパラメータとして含む超短期コスト関数をすることができるが、超短期予測部144は、以下の式(7)で示されるように、超短期予測中の最大リスクRmax collを長短期コスト関数として運転行動を決定する。または、式(8)、(9)、(10)に示すように基本走行ポテンシャルとして車線ポテンシャルのみを考慮する超短期コスト関数、目的地ポテンシャルと車線ポテンシャルの双方を考慮する超短期コスト関数、さらに自車両の加減速度及びヨーレートをパラメータとして含む正則化項を持つ超短期コスト関数を算出してもよい。
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【0056】
式(10)の第3項及び第4項における加減速度の重みw’α及びヨーレートの重みw’αは、短期予測における短期コスト予測関数(式(5))の第3項及び第4項に含まれていた加減速度の重みwα及びヨーレートの重みwγよりも小さい。すなわち、超短期コスト関数においては、加減速度及びヨーレートが与える影響が、短期コスト関数において加減速度及びヨーレートが与える影響よりも小さく、超短期予測部144は、加減速度及びヨーレートを大きくしやすい。この場合、短期予測部143は、自車両の運転行動の正則化項を含む短期コスト関数を算出し、超短期予測部144は、短期コスト関数よりも重みが小さい運転行動の正則化項を含む超短期コスト関数を算出する。このように、超短期予測部144は、短期コスト関数よりも重みが小さい加減速度及びヨーレートをパラメータとして含む超短期コスト関数を算出してもよい。超短期予測部144がこのような超短期コスト関数を用いることにより、急ブレーキをかけたり急加速をしたりすることにより危険を回避することが可能になる。
【0057】
超短期予測部144は、以下の式(11)に基づいて、超短期コスト関数が最小になる最適運転行動(加減速度及びヨーレート)を決定する。超短期予測部144は、短期予測部143が決定していた最適運転行動を、超短期コスト関数に基づいて決定した最適運転行動に置き換える。
【数11】
【0058】
超短期予測部144は、自車両が検出した障害物が超短期予測時間にわたって移動する場合又は超短期予測時間にわたって静止している場合の超短期衝突リスクと、長期予測部が選択した運転モードに対応する車線ポテンシャルとに基づいて超短期運転行動を決定してもよい。超短期予測部144がこのように動作することで、危険が目前に迫っている状況において、動的障害物の位置が超短期予測時間の間に移動し続けるという前提で安全な運転行動を選択することができる。
【0059】
超短期予測部144は、リスクの最小化により周辺障害物を回避できない場合、自車両の周囲の障害物との距離をパラメータとして含む超短期コスト関数を算出してもよい。すなわち、超短期予測部144は、周辺の物体との距離をパラメータとして含む超短期コスト関数に基づいて運転行動を決定してもよい。式(7)に対して障害物との距離のパラメータとして導入した超短期コスト関数は、以下の式(12)により表される。
【数12】
ここで、dminは周辺の物体との最小の距離であり、daveは複数の周辺物体との平均距離である。
【0060】
dmin及びdaveは以下の式(13)により算出される。(Xts’ ego, Yts’ ego)は時刻ts’後における自車両の位置を示し、(Xi,ts’ obj, Y i,ts’ obj)は時刻ts’後におけるi番目の物体の位置を示す。
【数13】
【0061】
超短期予測部144は、短期予測部143が運転行動を選択するための時間である短期予測時間よりも短い超短期予測時間の衝突リスクに基づいて運転行動を決定する。超短期予測部144がこのように短い時間で予測することで、短期予測部143が選択した運転行動に対応する短期衝突リスクが大きい場合であっても、短期予測時間よりも短い超短期予測時間の範囲内で比較的危険な運転行動と比較的安全な運転行動を判別しやすい。なお、長期予測部142、短期予測部143及び超短期予測部144は、障害物の移動を当該障害物が検出された時点の速度及び加速度の双方に従って移動すると仮定して運転行動を決定してもよい。
【0062】
[運転行動の決定]
運転行動決定部145は、超短期予測部144から通知された運転行動又は運転行動決定部145から通知された運転行動で自車両を走行させることを決定し、決定した運転行動を示す運転行動データを、自車両の走行を制御する装置又はユニットに通知する。すなわち、運転行動決定部145は、超短期予測部144が超短期コスト関数を算出した場合、超短期コスト関数に基づいて運転行動を決定し、超短期予測部144が超短期コスト関数を算出していない場合、短期コスト関数に基づいて運転行動を決定する。
【0063】
[制御装置10における処理のフローチャート]
図5は、制御装置10における処理の流れを示すフローチャートである。制御装置10は、自車両のエンジンが起動している間、図5に示すS11からS18までの処理を繰り返す。
【0064】
まず、情報取得部141は、車両検出部2、環境認識部4及び地図データベース6から各種の情報を取得し(S11)、取得した情報に基づいてポテンシャルマップを算出する(S12)。ポテンシャルマップは、目的地ポテンシャル及び車線ポテンシャルを示すデータである。
【0065】
長期予測部142は、ポテンシャルマップに基づいて、複数の運転モードから最適な運転モードを選択する(S13)。続いて、短期予測部143は、長期予測部142が選択した運転モードに対応するポテンシャルを用いて短期予測を実行することにより、最適な運転行動を選択する(S14)。短期予測の処理の流れについては後述する。
【0066】
短期予測部143が選択した最適な短期運転行動に対応する短期衝突リスクが閾値以上である場合(S15においてYES)、超短期予測が必要であると判定し、超短期予測を実行するように超短期予測部144に指示する。超短期予測部144は、指示に基づいて超短期予測を実行する(S16)。超短期予測の処理の流れについては後述する。
【0067】
短期予測部143が選択した最適な短期運転行動に対応する短期衝突リスクが閾値未満である場合(S15においてNO)、運転行動決定部145は、短期予測部143が選択した短期運転行動を自車両の運転行動に決定する(S17)。短期予測部143が選択した最適な短期運転行動に対応する短期衝突リスクが閾値以上である場合(S15においてYES)、運転行動決定部145は、超短期予測部144が選択した超短期運転行動を自車両の運転行動に決定する(S17)。制御装置10は、運転を終了するまでの間(S18においてNO)、S11からS18までの処理を繰り返す。
【0068】
[短期予測のフローチャート]
図6は、短期予測の流れを示すフローチャートである。まず、短期予測部143は、複数の運転行動から、短期コスト関数を算出して適否を調査する対象とする運転行動を選択する(S141)。続いて、短期予測部143は、時刻tsにおける自車両の状態を特定する(S142)。具体的には、短期予測部143は、自車両の位置(例えば後輪軸の中心のX座標、Y座標)、ヨー角及び速度を特定する。
【0069】
続いて、短期予測部143は、基本走行ポテンシャルを算出する(S143)。具体的には、短期予測部143は、目的地ポテンシャルと車線ポテンシャルを加算することにより、基本走行ポテンシャルを算出する。また、短期予測部143は、短期予測時間内の衝突リスクを算出する(S144)。短期予測部143は、算出した基本走行ポテンシャル及び衝突リスクをパラメータとして含む短期コスト関数に基づいてコストを算出し(S145)、算出したコストを運転行動に関連付けて記憶部12に記憶させる。
【0070】
短期予測部143は、選択可能な全ての運転行動についてコストを算出したか否かを判定し(S146)、全ての運転行動を選択してコストを算出していない場合(S146においてNO)、S141に処理を戻す。短期予測部143は、選択可能な全ての運転行動についてコストを算出した場合(S146においてYES)、記憶部12に記憶された複数の運転行動のうちコストが最小になった運転行動を短期運転行動に決定する(S147)。
【0071】
[超短期予測のフローチャート]
図7は、超短期予測の流れを示すフローチャートである。まず、超短期予測部144は、複数の運転行動から、超短期コスト関数を算出して適否を調査する対象とする運転行動を選択する(S161)。続いて、超短期予測部144は、自車両の状態を特定する(S162)。具体的には、超短期予測部144は、時刻ts’における自車両の位置、ヨー角及び速度を特定する。
【0072】
続いて、超短期予測部144は、車線ポテンシャルを算出する(S163)。また、超短期予測部144は、短期予測時間内の衝突リスクを算出する(S164)。超短期予測部144は、算出した車線ポテンシャル及び衝突リスクをパラメータとして含む超短期コスト関数に基づいてコストを算出し(S165)、算出したコストを運転行動に関連付けて記憶部12に記憶させる。
【0073】
超短期予測部144は、選択可能な全ての運転行動についてコストを算出したか否かを判定し(S166)、全ての運転行動を選択してコストを算出していない場合(S166においてNO)、S161に処理を戻す。超短期予測部144は、選択可能な全ての運転行動についてコストを算出した場合(S166においてYES)、記憶部12に記憶された複数の運転行動のうちコストが最小になった運転行動を超短期運転行動に決定する(S167)。
【0074】
[制御装置10による効果]
以上説明したように、制御装置10は、ポテンシャルをパラメータに含み、それぞれ異なる長期予測、短期予測、超短期予測のそれぞれのコスト関数の最小化を実施することで最終的な運転行動を決定する。制御装置10は、それぞれの予測の目的に応じてコスト関数に含まれるパラメータを変えることで、自車両の周辺の交通状況に応じて最適な運転行動を決定することができる。その結果、自動車線変更(ALC)、車速維持システム(CC)、車間距離制御装置(ACC)、車線維持システム(LKS)、衝突被害軽減ブレーキ(AEB)、自動操舵回避(AES)等の各種の機能に相当する運転行動周辺の状況に応じて最適に動作させることができる。したがって、自動運転における複雑な交通環境に対して安全を確保するとともに運転規範に従う汎用性及びロバスト性に優れた運転行動を決定することが可能になり、安全性が向上するとともに規範的な走行を実現できる。
【0075】
前述のような複数の運転支援機能の組み合わせを、自車両の周辺の交通状況ごとに予め設定しようとすると、膨大な数の組み合わせの動作を開発段階で決定する必要があるため、大きな開発工数が要する。また、市街地又は高速道路の合流部等のように複雑な交通環境に対する汎用性やロバスト性も不十分である。これに対して、本実施形態に係る制御装置10のように、長期予測に基づいて運転モードを決定し、決定された運転モードで走行中のポテンシャルに基づいて短期予測及び超短期予測を用いて運転行動を決定することで、汎用性及びロバスト性を向上させることができる。
【0076】
また、超短期予測部144は、短期予測部143が算出した全ての短期衝突リスクが閾値以上である場合、又は短期コスト関数が最小になる場合の短期衝突リスクが閾値以上である場合に、超短期衝突リスクを算出し、超短期衝突リスクをパラメータとして含む超短期コスト関数に基づいて運転行動を決定する。このように、制御装置10は、短期予測において決定した運転行動では十分にリスクが小さくならなかった場合に、加減速度やヨーレートの条件を緩和した超短期予測により、リスクを回避可能な運転行動を決定する。
【0077】
制御装置10がこのように動作することで、単一の長さの予測時間に基づいて自動運転をしていた場合には回避できない衝突リスクを回避することが可能になる。また、急な飛び出しや割り込みに対しても最大限安全を確保するような適切な運転行動を実行しやすくなる。
【0078】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【符号の説明】
【0079】
1 自動運転装置
2 車両検出部
4 環境認識部
6 地図データベース
10 制御装置
12 記憶部
14 制御部
141 情報取得部
142 長期予測部
143 短期予測部
144 超短期予測部
145 運転行動決定部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7