JP7259821B2

JP7259821B2 - 自動運転装置

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Publication number: JP7259821B2
Application number: JP2020161347A
Authority: JP
Inventors: 英之原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: WO2022065084A1; JP2022054264A

Description

本発明は、自動運転装置に関する。

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（運転操作ともいう）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。

特開２０１０－１８０６２号公報

車両の走行中には、他の車両が急に割り込んできたり、歩行者が飛び出してきたりする場合がある。単一の予測時間ごとに評価したコスト関数に基づいて運転行動が決定される場合、通常走行時と緊急時の運転行動の区別が困難となり、前述のように急激に生じるリスクに対応することが困難であるという問題があった。

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、自動運転中に急激に生じるリスクに対して安全な運転行動を実行できるようにすることを目的とする。

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、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と、前記短期予測部が算出した全ての前記短期衝突リスクが閾値以上である場合、又は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走行中の超短期衝突リスクと、前記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と、前記超短期予測部が前記超短期コスト関数を算出した場合、前記超短期コスト関数に基づいて運転行動を決定し、前記超短期予測部が前記超短期コスト関数を算出していない場合、前記短期コスト関数に基づいて前記運転行動を決定する運転行動決定部と、を備える。

前記短期予測部は、前記短期衝突リスク、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前記短期コスト関数を算出してもよい。

前記超短期予測部は、前記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前記超短期コスト関数を算出してもよい。

前記超短期予測部は、前記超短期衝突リスク、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前記超短期コスト関数を算出してもよい。

前記短期予測部は、前記自車両の運転行動の正則化項を含む前記短期コスト関数を算出し、前記超短期予測部は、前記短期コスト関数よりも重みが小さい前記運転行動の正則化項を含む前記超短期コスト関数を算出してもよい。
前記短期予測部は、前記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。

前記超短期予測部は、前記自車両の周辺の障害物との距離をパラメータとして含む前記超短期コスト関数を算出してもよい。

本発明によれば、自動運転中に急激に生じるリスクに対応して安全な運転行動を実行できるという効果を奏する。

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。複数の予測の概要を示す図である。複数の予測の概要を示す図である。制御装置の構成を示す図である。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。短期予測の流れを示すフローチャートである。超短期予測の流れを示すフローチャートである。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_０、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_Ｒ、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_Ｌ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。

長期予測は、例えばΔｔ_Ｌ＝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_Ｌ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。

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。

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_Ｌ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、V^targetは目標速度、S_tendは経路の終点までの道のり距離、R_max ^collは経路中の最大衝突リスク、R_th ^collは経路生成を打ち切るリスクの閾値である。

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。

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_Ｓ＝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。

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。

短期コスト関数は、例えば以下の式（２）により表される。

式（２）における第１項は基本走行ポテンシャルU^base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R_max ^collと予測時間の積である。また、(X_t ^front, Y_t ^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。U^dst(X,Y)は目的地ポテンシャルであり、U^lane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U^baseである。

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。

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。

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Δｔ_Ｓ’＝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。

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。

超短期コスト関数は、例えば以下の式（３）により表される。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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C^path(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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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、ｗ_αは加減速度の重みであり、ｗ_γはヨーレートの重みである。

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。

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。

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。

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。

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R_th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R_th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R_th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。

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R_th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R_th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。

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R_th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。

［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。

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R_max ^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。

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ｗ_α及びヨーレートの重みｗ_γ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。

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。

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。

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。

ここで、d_minは周辺の物体との最小の距離であり、d_aveは複数の周辺物体との平均距離である。

d_min及びd_aveは以下の式（１３）により算出される。（X_ts’ ^ego, Y_ts’ ^ego）は時刻ｔ_ｓ’後における自車両の位置を示し、（X_i,ts’ ^obj, Y_i,ts’ ^obj）は時刻ｔ_ｓ’後におけるｉ番目の物体の位置を示す。

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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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t_s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。

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。

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）。

［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t_s’における自車両の位置、ヨー角及び速度を特定する。

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。

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）。

［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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、
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と、
前記短期予測部が算出した全ての前記短期衝突リスクが閾値以上である場合、又は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走行中の超短期衝突リスクと、前記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と、
前記超短期予測部が前記超短期コスト関数を算出した場合、前記超短期コスト関数に基づいて運転行動を決定し、前記超短期予測部が前記超短期コスト関数を算出していない場合、前記短期コスト関数に基づいて前記運転行動を決定する運転行動決定部と、
を備える、自動運転装置。
前記短期予測部は、前記短期衝突リスク、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前記短期コスト関数を算出する、
請求項１に記載の自動運転装置。
前記超短期予測部は、前記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前記超短期コスト関数を算出する、
請求項１又は２に記載の自動運転装置。
前記超短期予測部は、前記超短期衝突リスク、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前記超短期コスト関数を算出する、
請求項１から３のいずれかに記載の自動運転装置。
前記短期予測部は、前記自車両の運転行動の正則化項を含む前記短期コスト関数を算出し、
前記超短期予測部は、前記短期コスト関数よりも重みが小さい前記運転行動の正則化項を含む前記超短期コスト関数を算出する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の自動運転装置。
前記短期予測部は、前記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する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の自動運転装置。
前記超短期予測部は、前記自車両の周辺の障害物との距離をパラメータとして含む前記超短期コスト関数を算出する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の自動運転装置。