JP3859663B2 - 運転支援方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両の交差点通過をスムースに行うことによって、赤信号での停止およびその後の発進による燃料消費・汚染ガスの排出を削減するとともに、交差点の安全な走行を可能にする運転支援方法およびシステムに関する。

交差点での車両のスムースな通行のための手段としては、地点制御、多段制御あるいは感応制御等の信号機制御がある。また赤信号で停止中の車両の省エネルギーおよび排出ガス削減方法としてアイドリングストップが一部バス等に実用化されている。

さらに路車間通信を応用した運転支援システムとしてのＥＴＣは、有料道路の料金収受を車両停車させずに行うことから省エネルギー、排出ガス削減にも有効である。その他にも省エネルギー、排ガス量の削減、安全走行等の支援を行う運転支援システムに関しても種々提案されてはいるが、まだ本格的実用に至っていないのが現状である。例えば路車間通信を応用しての交差点での出会い頭衝突防止、あるいは赤信号で停車時のエンジン（アイドリング）ストップ制御等は技術的には充分可能ではあるが期待される効果がその実現に要する費用に対して十分でないことがその実現阻害の大きな要因となっている。

特開２００２−２６９６８９公報 特開２００２−３７３３９６公報 特開２００３− ５６３７６公報

本発明は交差点における赤信号での停止車両を大幅削減しあるいは無くし、車両停止中あるいは発進時の燃料の無駄な消費および汚染ガス排出の削減を計るとともに、交差点内の安全走行を確保しようとするものである。

前記課題解決のための基本的考え方は以下のとおりである。
即ち、車両が通過すべき交差点の信号状態情報を交差点手前一定距離Ｄの地点Ｐにおいて事前に検知し、前記地点Ｐを通過する車両が前記交差点を青信号の間に通過できるような走行条件を求め、その走行条件で車両に前記地点Ｐから前記交差点までの走行を行わせる。

図３を用いて前記基本的考え方の具体的実現方法を説明する。図３において、縦軸Ｌは前記交差点からの道路上距離であり、Ｌ＝０は前記交差点の停止線位置、Ｌ＝Ｄは前記地点Ｐ位置である。また、横軸ｔは時間軸である。時間軸上のｔａ、ｔｂ、ｔｃ、は各々信号が青→黄、赤→青、青→黄になる時刻である。すなわち ta 〜 tｂ は黄および赤信号の時間間隔ＴＮ、tb 〜 tc は青信号の時間間隔ＴＧ、 ta 〜 tc は信号周期ＴＰである。
前記 ta 、tb 、tc 、ＴＮ、ＴＧ、ＴＰ、および現時刻 tn が前記信号状態情報である。

信号一周期ＴＰ間に前記地点Ｐを通過する車両全てが前記交差点信号が青である前記時間間隔ＴＧの間に前記交差点を通過することができれば交差点のノンストップ通過は実現できることになる。即ち前記地点Ｐを時刻 td 〜 te 間の信号一周期ＴＰ間に通過した全車両を時刻 tb 〜 tc 間の青信号ＴＧ間に前記交差点を通過させることがノンストップ通過の条件となる。

前記地点Ｐから前記交差点間の走行において車両に許容される最高速度をＶＭＡＸとすると、前記地点Ｐ−前記交差点間を前記許容最高速度ＶＭＡＸで走行する車両は前記地点Ｐを時刻 te に通過する車両であり，その車両の前記交差点までの所要時間は te 〜 tc 間時間間隔即ち Ｄ／ＶＭＡＸ となる。また時刻 te から信号周期ＴＰ前の時刻を td とする。

ここで tp （但し０≦ tp ＜ＴＰ）を前記時刻 td からの経過時間即ち信号周期 td 〜te 間の時間間隔ＴＰ上の相対時間とし、車両は前記地点Ｐを時刻 td ＋ tp に通過し、その後地点Ｐを通過したと同じ順序で、即ち追い越し等はせずに、前記交差点まで走行し、前記交差点に時刻 tb + （ＴＧ／ＴＰ)・tp に到達すれば、上記交差点ノンストップ通過の条件を満足することになる。

即ち、前記地点Ｐを tp0 ＝０(即ち時刻 td )、tp1、tp2、tp3、tp4、・・・、tpn ＝ＴＰ（即ち時刻 te ） に通過する車両Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、・・・、ＣＮ は各々図３に示すように地点Ｐ通過順序を守って前記交差点に向かって走行することによって前記交差点を時刻 tb 〜 tc 間に通過できることになる。

また、地点Ｐを時刻 te 以降に通過する車両については、次の青信号の間に上記と同様の走行を行うことによって前記交差点をノンストップで通過できることになる。

前記交差点をノンストップで通過するための、前記地点Ｐから前記交差点までの所要時間を推奨所要時間 topt 、走行速度を推奨走行速度 vopt とすると、推奨所要時間 topt は前記 tp に応じて数１の如く、推奨走行速度 vopt は数２の如くなる。ここで時刻 td から時刻 tn までの経過時間 tp は数３であらわされる。また現時刻 tn は数４の条件を満足する必要がある。

(数１）
topt＝Ｄ／ＶＭＡＸ＋（１− ｔｐ／ＴＰ）ＴＮ

(数２)
vopt＝Ｄ／topt ＝Ｄ／｛Ｄ／ＶＭＡＸ＋（１−ｔｐ／ＴＰ）・ＴＮ｝

(数３)
０ ≦ tp ＜ＴＰ 但し tp ＝ （tn − td）

(数４)
０＜tc−（ＴＰ＋Ｄ／ＶＭＡＸ）≦ tn ＜ tc−Ｄ／ＶＭＡＸ

但し、上記数１、数２、数３、数４において、
topt：交差点を青信号で通過するための、地点Ｐから交差点までの推奨所要時間
vopt：交差点を青信号で通過するための、地点Ｐから交差点までの推奨走行速度
Ｄ：地点Ｐから交差点までの距離
ＶＭＡＸ：地点Ｐから交差点まで間の許容最高走行速度
ＴＰ：交差点信号周期（＝ＴＮ＋ＴＧ）
ＴＮ：黄信号および赤信号の時間間隔
ＴＧ：青信号の時間間隔
tp ：図３に示す時刻 td から現時刻 tn までの経過時間（≦ＴＰ）
tn ：現時刻
である。
また時刻 tn が数４の範囲を超えた場合は、tc を次の tc 即ち現 tc の一信号周期ＴＰ後の tc を新たな tc とする。

上記基本的な考え方に基づいての運転支援システムは、信号状態検知手段、路側演算手段、および路側から車側への情報伝達手段で構成される路側手段と、車側での情報受信手段、受信した情報の演算手段、および情報の出力手段で構成される車側手段、から構成される。

交差点から一定距離Ｄ手前の地点Ｐに前記路側から車側への情報伝達手段を設ける。
前記信号状態検知手段によって前記交差点信号機の信号状態情報即ち、現時刻 tn 、信号が青→黄になる時刻 ta 、信号が赤→青になる時刻 tb 、信号が青→黄になる時刻 tc 、信号が青の時間間隔ＴＧ、信号が黄および赤の時間間隔ＴＮ、および信号周期ＴＰを検知する。

前記路側演算手段においては、あらかじめ入力されている前記距離Ｄ情報および前記地点Ｐから前記交差点までの許容最高速度ＶＭＡＸ情報と、前記信号状態検知手段で検知された前記信号状態情報から、前記交差点をノンストップで通過するための条件即ち前記地点Ｐから前記交差点までの推奨所要時間 topt および推奨走行速度 vopt を前記数１、数２を用いて算出する。

具体的な推奨所要時間 topt 推奨走行速度 vopt の求め方として、車両が地点Ｐをする毎に前記数１、数２を用いその時の tp で推奨所要時間 topt 推奨走行速度 vopt を演算する方法もあるが、あらかじめ例えば tp １秒ごとに推奨所要時間 topt 推奨走行速度 vopt の値を求めて表を作成しておき、地点Ｐを車両が通過したときの tp に対応する推奨所要時間 topt、 推奨走行速度 vopt を前記表から取り出すほうが合理的である。

また、上記説明においては、交差点手前のＰ点一箇所で前記推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt の算出を行ったが、Ｐ点通過後交差点に至る途中の地点Ｐ１（交差点からの距離Ｄ１＜Ｄ）、Ｐ２（交差点からの距離Ｄ２＜Ｄ１）、・・・において数１、数２を用いての同様な演算を行うことによって最新の推奨所要時間 topt 、推奨所要速度 vopt を得て、それを新たな推奨所要時間、推奨走行速度にすることによってより高精度な交差点ノンストップ通過が可能となる。

前記路側演算手段の演算結果である推奨走行速度 vopt は路側から車側への情報伝達手段によって車側へ通報される。この通報に際して推奨走行速度 vopt 以外の情報、たとえば、推奨所要時間 topt 、距離Ｄ、許容最高速度ＶＭＡＸ等も合わせて通報することも出来る。また、前記 推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt 算出に必要な前記各種情報を路側から車側に通報して、車側演算手段において前記推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt の算出を行うこともできる。

前記路側から車側への通報手段としては表示板あるいは路車間通信装置が考えられる。路側から車側への通報手段が、路側あるいは路上に設けられた表示装置である場合は、車両の運転者がそれを見て情報を知り、その情報に基づいて車両を走行させることから前記車側での情報受信手段以下、受信した情報の処理手段、および情報の出力手段等の車側手段は不要となり、システム構成は簡単になる。

一方前記路側から車側への通報手段が路車間通信路側装置である場合には、車側での情報受信手段として路車間通信車側装置が必要となり、その受信した情報の処理・演算手段としての車側演算装置、および情報の出力手段としての音声・表示出力装置あるいはその代替手段としてのカーナビゲーションシステム、あるいは出力される 前記推奨走行速度vopt をその設定速度とするＡＣＣ（自動速度制御装置）等の走行制御装置が必要となる。

また、前記推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt の演算結果に対して地点Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、・・・通過後の経過時間 ｔ 、t1 、t2 、・・・、走行距離 ｄ、d1 、d2 、・・・ による補正を車側演算装置で行うことによって前記交差点でのノンストップ走行の精度を上げることも出来る。

例えば、前記地点Ｐにおける演算結果である推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt と、前記路車間通信によって得られた前記距離Ｄおよび許容最高速度ＶＭＡＸから、前記地点Ｐ通過ｔ時間経過後の推奨所要時間補正値 toptt、推奨走行速度補正値 voptt を各々数５、数６を用いて算出し、それらを新たな推奨所要時間、推奨走行速度、とする。

(数５)
toptt＝ topt −ｔ

(数６)
voptt＝（Ｄ−ｄ）／toptt ＝（Ｄ−ｄ）／（ topt−ｔ）≦ＶＭＡＸ

但し、上記数５、数６において、
toptt :推奨所要時間補正値
voptt :推奨走行速度補正値
ｔ：Ｐ点通過後の経過時間であって、前記車側演算装置内にタイマーを設けて計数する。
ｄ：Ｐ点通過後の走行距離であって、前記車側演算装置に入力される自車速度情報ｖのＰ点通過後の時間積分値として前記車側演算装置内で求める。

上記の如く獲得した推奨走行速度 vopt あるいは推奨走行速度補正値 voptt に従って車両を前記地点Ｐ−交差点間走行させることにより、道路の交通容量に不足が無い限り、全車両を交差点の赤信号で停止させることなく青信号の間に通過させることができる。

但し前記地点Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、・・・の設定は、前記地点Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、・・・から交差点までの間に横断歩道等の車両の一旦停止が義務付けられている道路施設等が無いことが前提となる。

また車側での推奨走行速度 vopt 情報等の音声あるいは表示によるドライバーへの伝達は、車側装置で推奨走行速度 vopt と自車速度 v との比較を行った結果の運転者の取るべき処置を簡潔に伝達する等、運転者が安全に且つ正確に対応できるよう工夫する必要がある。

以上説明した本発明による運転支援方法およびシステムによって、交差点交通容量を交通需要が上回らない状況下では、車両走行時の交差点での一時停止は不要となり、一時停止およびその後の発進による燃料消費、大気汚染源である有害排ガス排出、が削減されることに加えて、交差点での一旦停止違反、赤信号無視の恐れも低減され、広い意味での車の社会的費用低減に大きく貢献できる。

既存の路車間通信システムの路側装置・車載装置を有効活用し、路側側、車側の主として演算・処理作業の役割分担の最適化を図るとともに、得られた推奨走行速度は自動速度制御装置（ＡＣＣ）等の走行制御装置の設定速度とする。それが不可能な場合は既に広く普及しているカーナビゲーションシステムの音声／表示出力機能を有効活用する。

図１に本発明による運転支援システム実施例１の構成を、図２に図１構成における交差点と路車間通信路側装置が形成する路車間通信領域（以後通信領域という）の位置関係を、それぞれ示す。

図１において、
１１１は、交通信号機制御装置（図示せず）に接続して交通信号機の信号状態即ち図３に示す ta、tb、tc、tn および ＴＰ、ＴＮ、ＴＧ 等 を検知する信号状態検知装置、
１１２は、信号状態検知装置１１１から前記交通信号機の信号状態情報を得て、あらかじめ入力されている交差点−通信領域間距離Ｄ情報（図２参照）、通信領域から交差点までの走行に許容される最高速度ＶＭＡＸ情報から (数１)、(数２)によって前記 推奨所要時間 topt、推奨走行速度 vopt を算出する路側演算装置である。

１１３は、交差点から距離Ｄの地点Ｐにおいて通信領域（図２参照）を形成し、路側演算装置１１２出力である 推奨所要時間 topt 推奨走行速度 vopt および前記距離Ｄ、前記許容最高速度ＶＭＡＸ情報を後述の路車間通信車側装置１２１に送信する路車間通信路側装置、
であり、以上信号状態検知装置１１１、路側演算装置１１２、路車間通信路側装置１１３は路側装置１１０を構成する。
また図２に示す通信領域は路車間通信路側装置１１３の一部を構成するアンテナ（図示せず）の指向性・取り付け位置等を最適に設定して道路上に形成する。

１２１は、路車間通信路側装置１１３から送信される前記推奨所要時間 topt、推奨走行速度 vopt 情報および交差点−通信領域間距離Ｄ、許容最高速度ＶＭＡＸ情報を受信する路車間通信車側装置、
１２２は、路車間通信車側装置１２１で受信した情報である 推奨所要時間 topt 、推奨走行速度 vopt 、交差点−通信領域間距離Ｄ、許容最高速度ＶＭＡＸと、車両の自車速センサー出力である自車速度情報ｖを入力して、前記数５、数６から、各々前記通信領域通過後時間ｔ経過した現時点の推奨所要時間補正値 toptt、推奨走行速度補正値 voptt、を演算する車側演算装置、である。

但し前記数５、数６において、ｔは車両が通信領域である地点Ｐ通過後の経過時間、ｄ は車両が地点Ｐを通過してからの走行距離であり、ｔ は車側演算装置１２２内にタイマーを設けて、またｄは車側演算装置内で前記車両からの自車速度情報 ｖ を時間積分して、各々得られる。

１２３は、車両側演算装置１２２の演算結果である推奨走行速度補正値 voptt を入力して、それを車両の運転者に音声あるいは表示出力によって伝達する音声／表示出力装置である。
以上路車間通信車側装置１２１、車側演算装置１２２、音声／表示出力装置１２３は車側装置１２０を構成する。

前記車両の運転者は前記地点Ｐ即ち通信領域通過以降交差点までの間、上記音声／表示出力装置１２３で指示される推奨走行速度 vopt あるいは推奨走行速度補正値 voptt で車両を走行させることにより、交差点をノンストップで通過することができる。

また、前記推奨走行速度 vopt あるいは推奨走行速度補正値 voptt を車両の走行速度制御を行うＡＣＣ（自動速度制御装置）等の走行制御装置の設定速度として入力することによって、より正確に速度制御ができる。

本発明は、主として市街地主要道路を走行する車両に適用することにより、車両走行の省エネルギー化・有害排ガス低減化、および交差点の安全通過にきわめて有効となる。

本発明による運転支援システムの一構成例 図１に示す運転支援システム一構成例の交差点、地点Ｐ即ち通信領域の位置関係等を示す説明図 本発明による車両の推奨走行速度等算出方法に関する考え方の説明図 である。

符号の説明

図１、図２において、
１１０：路側装置
１１１：信号状態検知装置
１１２：路側演算装置
１１３：路車間通信路側装置
１２０：車側装置
１２１：路車間通信車側装置
１２２：車側演算装置
１２３：音声／表示出力装置

図２、図３において、
Ｄ：地点Ｐ−交差点間距離
図３において、
ＴＰ：交通信号機信号周期
ＴＮ：黄および赤信号時間間隔
ＴＧ：青信号時間間隔
ＶＭＡＸ：地点Ｐ−交差点間走行で許容される最高速度
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、・・・ＣＮ：車両
ta ：黄信号点灯（青信号滅灯）時刻
tb ：青信号点灯時刻
tc ：黄信号点灯（青信号滅灯）時刻（但し ta ＜ tc ）
td ：tc −（Ｄ／ＶＭＡＸ)−ＴＰ＝ te −ＴＰ
te : tc −（Ｄ／ＶＭＡＸ）
tp : 車両が地点Ｐを通過する時刻 td から現時刻 tn までの 経過時間、≦ＴＰ
tn : 現時刻
である。

Claims (2)

1. 交差点にいたる道路上前記交差点から一定距離Ｄ手前の地点Ｐにおいて、前記交差点の青信号点滅時刻、信号周期等の信号状態情報、前記距離Ｄ情報、および前記地点Ｐから前記交差点までの間の許容最高速度ＶＭＡＸ情報、から前記地点Ｐを前記交差点に向けて時刻 td 〜 te の前記交差点信号周期時間幅ＴＰの間に通過する全車両を前記交差点が青信号の時刻 tb 〜 tc の時間幅ＴＧの間に通過させるための走行条件を前記全車両個々に下記算式にて算出して通報し、
   通報された車両は前記走行条件にしたがって走行して、前記交差点を無停止で通過することを特徴とする運転支援方法。
   topt＝Ｄ／ＶＭＡＸ＋（１−tp／ＴＰ）・ＴＮ
   vopt＝Ｄ／topt
   但し、topt：地点Ｐから交差点までの推奨所要時間、
   vopt：地点Ｐから交差点までの推奨走行速度、
   tp ＝ tn − td 、tn：現時刻、ＴＮ＝ＴＰ−ＴＧ：黄および赤信号時間幅、
   tb：交差点の青信号点灯時刻、tc：交差点の青信号滅灯時刻、
   tc − tb ＝ ＴＧ：青信号時間幅、
   te ＝ tc −（Ｄ／ＶＭＡＸ）、te − td ＝ＴＰ：交差点信号周期、
   である。
2. 前記地点Ｐにおいて算出・通報された前記走行条件は、前記距離Ｄ情報、前記地点Ｐから前記交差点までの間の前記許容最高速度ＶＭＡＸ情報、車両の前記地点Ｐ通過後の時間経過 ｔ および走行距離 d 、を用いて下記算式にて車両側で補正されることを特徴とする請求項１記載の運転支援方法。
   toptt＝topt− t
   voptt＝（Ｄ− d ）／toptt
   但し、toptt：推奨所要時間補正値、voptt：推奨走行速度補正値、である。

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