JP6548029B2 - 自動運転システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動運転システムに関する。

運転者の積極的な操作を要することなく、車両を自動的に走行させる、いわゆる、自動運転技術が脚光を浴びている。自動運転では、車両内外の状態を検知するセンサと、その検知結果を用いた総合的な駆動処理によって快適な走行を実現できる。

車両に搭載されるカーナビゲーション装置、ＧＰＳ受信機、車両間で通信を行う車車間通信機、車両と路側に設置された機器との間で通信を行う路車間通信機、レーダ、カメラなどを用いて自車両の周辺に存在する周辺車両の状態を検出し、検出された周辺車両の状態に基づいて、当該周辺車両により自車両が交通事故に遭遇する危険度を予測し、予測された危険度を自車両の運転者に報知する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−０６７２３５号公報

特許文献１では、「運転介入」という形で、自動運転に近い制御を行っている。しかし、自車両の状態と、周辺車両の状態とから、周辺車両に注意すべきか否かを判定しているのみで、それ以外の、自車両の周辺の状態を判定に用いていない。また、注意度レベルも、周辺車両に対して設定され、その他の状況については設定されていない。よって、自車両の周囲の状態を十分把握しているとはいえない。

上記課題を背景として、本発明は、車両の周囲の状態を適切に把握し、より安全な自動運転が可能な自動運転システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための自動運転システムは、
車両の走行状況を取得する走行状況取得部と、
前記車両の現在位置周辺の、所定のエリア内の道路状況を含むエリア情報を取得するエリア情報取得部と、
他車両の存在の有無を含む、前記車両の周囲の状況を取得する周囲状況取得部と、
前記車両の幅方向および進行方向で規定される座標空間において前記車両を中心とした前後左右の各領域を含む所定範囲を所定の大きさのメッシュ状に領域分割し、分割した領域毎に前記車両からの距離及び方向に応じた危険度が設定されたマップを記憶する記憶部と、
前記走行状況、前記エリア情報、および前記周囲の状況を前記マップの前記領域毎の前記危険度に反映させる危険度設定部と、
前記危険度設定部が設定した前記危険度に基づいて、運転者による前記車両の運転操作の代わりに、該車両の走行を制御する自動運転制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記他車両をより低い前記危険度の領域に存在させるように前記自動運転制御を実行する。

上記構成によって、周囲状況、走行状況以外の要件（すなわち、エリア情報）を反映することで、周辺車両のみではなく、車両の周囲に、より適切な危険度を設定できる。これにより、車両の周囲の状態を十分把握でき、より安全な走行経路を選択して自動運転することができる。

自動運転システムの構成を示す図。 運転制御装置の構成を示す図。 危険度設定処理を示すフロー図。 デフォルトの危険度マップの例を示す図。 車両が一般道を走行しているときの危険度マップの例を示す図。 車両が高速道路を走行しているときの危険度マップの例を示す図。 危険度マップに基づく自動運転の例を示す図。 図７に続く、危険度マップに基づく自動運転の例を示す図。

図１のように、自動運転システム１は、車両１０に搭載された運転制御装置１００、および、運転制御装置１００に接続されたセンサ群２００、周囲状況検出部２１０、カーナビゲーション装置（以下、「カーナビ」と略称）２２０、通信装置２３０、アクチュエータ群３００、操作パネル４００、ディスプレイ５００を含む。

図２のように、運転制御装置１００は、周知のＣＰＵや周辺回路を含む制御部１１１、制御プログラムおよび制御に必要なデータを記憶するメモリ１１２、センサ群２００、周囲状況検出部２１０、カーナビ２２０、通信装置２３０、操作パネル４００から入力された信号を、制御部１１１で処理可能な状態にする入力回路１１３、アクチュエータ群３００、ディスプレイ５００の駆動制御を行うドライバ回路１１４を備えた電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御部１１１がメモリ１１２に記憶された制御プログラムを実行することで、自動運転システムの機能を実現する。

制御部１１１が、本発明の危険度設定部、制御部である。また、入力回路１１３が、本発明の走行状況取得部、エリア情報取得部、周囲状況取得部、日時情報取得部、交通状況取得部、天候情報取得部である。

図１に戻り、センサ群２００は、以下のうちの少なくとも一つを含み、車両１０の走行状況を検出する。
・車両１０の速度を検出する、例えば、周知の車輪速センサを含む車速センサ２０１。
・アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ２０２。
・ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ２０３。
・操舵角を検出する操舵角センサ２０４。
・シフトレバーの位置（以下、「シフト位置」と略称）を検出するシフトポジションセンサ２０５。
・各車輪の空気圧を検出する空気圧センサ２０６。

周囲状況検出部２１０は、以下のうちの少なくとも一つを含み、車両１０の周囲の状況を検出する。
・車両１０の前方画像（あるいは後方画像）を取得する前方カメラ２１２ａ（あるいは後方カメラ２１２ｂ）。
・車両１０の前方車両（あるいは後方車両）の有無や速度を検出する前方レーザレーダ２１４ａ（あるいは後方レーザレーダ２１４ｂ）。

運転制御装置１００は、これらのセンサ群２００および周囲状況検出部２１０を用いて、車両１０の走行状態や運転操作に関する情報、車両１０の周辺の交通状況や他車両に関する情報を取得する。

アクチュエータ群３００は、以下のうちの少なくとも一つを含む。
・スロットルの開度を調節することでエンジンの出力を調節するスロットルアクチュエータ３０２。
・ブレーキパッドをブレーキ面に押し付けることで車両１０を減速（あるいは停止）させるブレーキアクチュエータ３０４。
・車両１０の進行方向（すなわち、操舵角）を変更するためのステアリングアクチュエータ３０６。

運転制御装置１００は、カーナビ２２０から得られた地図情報に基づいて、車両１０が走行している現在位置を含む所定のエリアに関する情報（例えば、住宅地、市街地、商業地）や、道路状況に関する情報（例えば、一般道、高速道路、直線路、曲線路、トンネル、橋、車線数、幅員）を取得する。これら取得する情報をエリア情報と総称する。エリア情報に車両１０の現在位置を含めてもよい。

上述の構成が、「道路状況は、道路の種別、幅員、車線数のうちの少なくとも一つを含む」ものに相当する。本構成によって、例えば、一般道と高速道路といったような、道路の状況を反映することで、より適切な危険度を設定できる。

さらに、運転制御装置１００は、通信装置２３０を用いて車車間通信を行うことで、他車両の走行状態に関する情報を取得する。また、通信装置２３０を用いて路車間通信を行うことで、信号機の有無や、信号機の表示内容に関する情報を取得する。通信装置２３０を、公衆通信網に接続可能な構成として、周知のＷｅｂサーバから各種情報を取得してもよい。

運転制御装置１００は、上述した各種のセンサ等（２００〜２３０）から得られた各種情報に基づき、アクチュエータ群３００の動作を制御することで、車両１０を自動で運転する処理を行う。自動運転の詳細については、例えば、特開２０１５−０８９８０１号公報に記載されている。

操作パネル４００には、車両１０の「運転方法」を、「手動運転」または「自動運転」の何れかに設定するための手動／自動切り換えＳＷ４０２（図２参照）が設けられており、この手動／自動切り換えＳＷ４０２は車両１０の運転者によって操作される。運転制御装置１００は、手動運転から自動運転に切り替えられたことを検出すると、車両１０を自動で運転する処理を開始する。また、ディスプレイ５００は、運転時の運転操作の制御状況を表示する。

図３に、メモリ１１２に記憶された制御プログラムに含まれ、制御部１１１が所定のタイミングで実行する危険度設定処理を示す。本処理は、手動／自動切り換えＳＷ４０２が手動運転から自動運転に切り替えられたことを前提に実行される。

まず、センサ群２００から、車両１０の走行状況を取得する（Ｓ１１）。次に、カーナビ２２０から、エリア情報を取得する（Ｓ１２）。

次に、周囲状況検出部２１０から、車両１０の周囲状況を取得する（Ｓ１３）。周囲状況には、他車両の存在の他に、カメラ（２１２ａ、２１２ｂ）による撮影画像を画像処理して得られる走行中の道路の車線数や幅員を含めてもよい。

次に、メモリ１１２に記憶されている、現在の危険度マップを読み出す（Ｓ１４）。現在の危険度マップが記憶されていないときは、別に記憶されているデフォルトの危険度マップを読み出す。

図４に、デフォルトの危険度マップの例を示す。危険度マップは、車両１０の周囲の所定範囲（例えば、数〜数十ｍ）を危険度の設定エリアとする。該設定エリアを、車両１０の幅方向をＸ軸、進行方向をＹ軸とする座標系で規定する。車両１０の幅方向の進行方向左側をＸ軸の正方向、進行方向の逆方向をＹ軸の正方向とする。そして、該座標空間を、例えば１ｍ四方のような所定の大きさのメッシュ状に領域分割し、その領域毎に危険度を設定する。危険度は、レベル０〜３の４段階に区分され、危険度が最も高いのはレベル０で、１、２の順に低くなり、最も低いのはレベル３である。

上述の構成が、「危険度設定部は、車両の幅方向および進行方向で規定される座標空間を所定の大きさのメッシュ状に領域分割し、分割した領域毎に危険度を予測する」ものに相当する。本構成によって、木目の細かい危険度の設定を行うことができる。

図４では、車両１０が停止中の状態における危険度マップを示している。車両１０の後方および後側方は、前方および前側方よりも死角領域が多いので、危険度を高く設定している。車両１０の後方直近は、危険度を最も高く設定している。

図３に戻り、デフォルトの危険度マップに以下のパラメータを反映し、メモリ１１２に記憶する（Ｓ１５）。
（走行状況に基づくもの）
・車両１０の速度：車速センサ２０１の検出状態を反映する。速度が速いときは、危険度の設定エリアのうち、車両１０の前方の領域を拡大（新たなメッシュを追加）する。また、前方および前側方の危険度を上げる。
・車両１０の進行方向：シフトポジションセンサ２０５の検出状態を反映する。例えば、シフトポジションセンサ２０５が検出したシフト位置が「Ｄ（ドライブ）」にあれば前進、「Ｒ（リバース）」にあれば後進と判定。車両１０が前進しているときは、車両１０の後方の危険度を上げる。また、車両１０が後進しているときは、前方の危険度を上げる。つまり、車両１０の進行方向と逆方向の危険度を上げる。また、車両１０の進行方向の危険度の設定エリアを拡大してもよい。

上述の構成が、「走行状況は、車両の速度、車両の進行方向のうちの少なくとも一つを含む」ものに相当する。本構成によって、走行状況を反映することで、より適切な危険度を設定できる。

（道路状況に基づくもの）
・道路の種別：一般道（概ね、最高速度が６０ｋｍ／ｈ以下）と、高速道路あるいは自動車専用道路（「高速道路」と総称）とに区分し、高速道路を走行しているときは、危険度の設定エリアを拡大する。あるいは、車両１０の前方および前側方、さらに後方の危険度を上げる。
（周囲状況に基づくもの）
・周囲状況：周囲状況検出部２１０の検出状態を反映する。車両１０の周囲に物体（例えば、他車両や路上障害物）が存在するとき、車両１０からその物体に向かう方向を含む領域の危険度を上げる。

図５に、車両１０が一般道を走行しているときの危険度マップの例を示す。また、図６に、車両１０が高速道路を走行しているときの危険度マップの例を示す。図５の例では、図４と比較すると、車両１０の後方直近の危険度を下げている。

図６では、以下のように危険度を設定している。
・車両１０の前方に遅い車両が存在する可能性を考慮して、前方の危険度を上げる。
・車両１０の後方から速い車両が接近する可能性を考慮して、後方の危険度を上げる。
・車線を逸脱すると、他車両あるいは構造物（遮音壁、分離帯など）に異常接近する可能性があるので、車両１０の側方および後側方の危険度を上げる。

図３に戻り、以降、取得した各種情報を上述の危険度マップに反映し、メモリ１１２に記憶する。これら情報は、１つまたは複数を組み合わせて用いる。無論、これら情報を全く用いなくてもよい。

日時情報を取得して危険度マップに反映する（Ｓ１６）。例えば、ＧＰＳ信号には日時情報が含まれているので、カーナビ２２０から取得する。例えば、夜間は、昼間に比べて危険度を上げる。危険度は、一律に上げてもよいし、車両１０の死角領域および遠方を重点的に上げてもよい。また、カーナビ２２０あるいはメモリ１１２等から、予め記憶された、車両１０が走行中のエリアの日出・日入の時刻を取得して、昼間／夜間の判別を行ってもよい。通勤時間帯とそれ以外の時間帯とで危険度を設定してもよい。曜日（平日／土休日）によって危険度を設定してもよい。

上述の構成が、「所定のエリアの日時情報を取得する日時情報取得部を備え、危険度設定部は、危険度に日時情報を反映する」ものに相当する。本構成によって、曜日あるいは時間帯を反映することで、より適切な危険度を設定できる。

交通状況を取得して危険度マップに反映する（Ｓ１７）。交通状況は、通信装置２３０を介した、路車間通信あるいはＷｅｂサイトとの通信により取得する。また、交通状況は、少なくとも、車両１０が走行している前方のエリアについての渋滞情報を含む。例えば、走行中の道路が渋滞しているときは、車両１０の速度によらず、車両１０の近傍（例えば、数ｍ以内）の危険度を上げる。前方車両の急な速度変更、側方車両の急な車線変更、後方車両の異常接近に対応するためである。

上述の構成が、「所定のエリアの交通状況を取得する交通状況取得部を備え、危険度設定部は、危険度に交通状況を反映する」ものに相当する。本構成によって、渋滞の有無のような交通状況を反映することで、より適切な危険度を設定できる。

天候情報を取得して危険度マップに反映する（Ｓ１８）。通信装置２３０を介した、路車間通信あるいはＷｅｂサイトとの通信により、少なくとも、車両１０が走行している前方のエリアについての天候情報を取得する。例えば、雨、雪、霧、風の状態に応じて、特に、車両１０の前方および前側方の危険度を上げる。

上述の構成が、「所定のエリアの天候情報を取得する天候情報取得部を備え、危険度設定部は、危険度に天候情報を反映する」ものに相当する。本構成によって、天候を反映することで、より適切な危険度を設定できる。

次に、設定した危険度に基づき、車両１０の走行経路を探索する（Ｓ１９）。探索は、カーナビ２２０に実行させてもよいし、制御部１１１で実行してもよい。最後に、探索した走行経路を走行するよう、ドライバ回路１１４を介してアクチュエータ群３００に制御指令を出力して自動運転制御を行う（Ｓ２０）。また、カーナビ２２０にも、探索した走行経路に関する情報を出力する。

図７および図８を用いて、車両１０が高速道路を走行中の自動運転について説明する。なお、図７および図８では、車両１０を「自車」、他車両を「他車」と表記している。図７のように、車両１０の後方に他車両が接近してきたとき、危険度マップを参照して、他車両のある領域の危険度がより低くなるような走行経路を探索し、該経路を走行する。

図８では、図７の状態から、車両１０が、進行方向右側の車線に移動して他車両をやり過ごした状態を示している。他車両が走行している領域の危険度は３から０に上昇している。

上述した、危険度マップに基づく自動運転は、他にも、空気圧センサ２０６が検出したタイヤ空気圧が既定値を超えて低下したとき（パンクあるいはバースト）にも効果を奏する。例えば、速やかに路肩に停車する必要がある場合には、特に、車両１０の右側（路側と反対側）および後方の危険度を上げて、前方あるいは左方向へ走行させる。

以上、実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、上記形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１ 自動運転システム
１０ 車両
１００ 運転制御装置
１１１ 制御部（危険度設定部、制御部）
１１３ 入力回路（走行状況取得部、エリア情報取得部、周囲状況取得部、日時情報取得部、交通状況取得部、天候情報取得部）
２００ センサ群
２１０ 周囲状況検出部
２３０ 通信装置

Claims (7)

1. 車両の走行状況を取得する走行状況取得部と、
   前記車両の現在位置周辺の、所定のエリア内の道路状況を含むエリア情報を取得するエリア情報取得部と、
   他車両の存在の有無を含む、前記車両の周囲の状況を取得する周囲状況取得部と、
   前記車両の幅方向および進行方向で規定される座標空間において前記車両を中心とした前後左右の各領域を含む所定範囲を所定の大きさのメッシュ状に領域分割し、分割した領域毎に前記車両からの距離及び方向に応じた危険度が設定されたマップを記憶する記憶部と、
   前記走行状況、前記エリア情報、および前記周囲の状況を前記マップの前記領域毎の前記危険度に反映させる危険度設定部と、
   前記危険度設定部が設定した前記危険度に基づいて、運転者による前記車両の運転操作の代わりに、該車両の走行を制御する自動運転制御を実行する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記他車両をより低い前記危険度の領域に存在させるように前記自動運転制御を実行する自動運転システム。
2. 前記道路状況は、道路の種別、幅員、車線数のうちの少なくとも一つを含む請求項１に記載の自動運転システム。
3. 前記走行状況は、前記車両の速度、前記車両の進行方向のうちの少なくとも一つを含む請求項１または請求項２に記載の自動運転システム。
4. 前記所定のエリアの日時情報を取得する日時情報取得部を備え、
   前記危険度設定部は、前記危険度に前記日時情報を反映する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自動運転システム。
5. 前記所定のエリアの交通状況を取得する交通状況取得部を備え、
   前記危険度設定部は、前記危険度に前記交通状況を反映する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の自動運転システム。
6. 前記所定のエリアの天候情報を取得する天候情報取得部を備え、
   前記危険度設定部は、前記危険度に前記天候情報を反映する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の自動運転システム。
7. 前記記憶部には、デフォルトの前記マップとして、前記車両が停止中の前記マップであって、前記車両に近いほど前記危険度が高く、かつ、前記車両の前方よりも後方の前記危険度が高い前記マップが記憶される請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の自動運転システム。

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