JP5585229B2 - 車両の挙動推定装置、プログラム、及び、方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定地点を通過する際の制約条件を満たす車両の挙動を推定するための車両挙動推定装置及び車両挙動推定方法に関する。

道路における交通状況を把握するためには、道路を走行する車両の観測データを収集し、観測データに基づき車両挙動を推定することが行われる。たとえば、道路上に配置されたビーコンなどのセンサを用いて観測される、車両の通過時刻、走行速度などの観測データを収集し、信号機の点灯タイミングを考慮して、車両の挙動を推定する装置が提案されている（たとえば、特許文献１）。

このような装置を、図38及び図39に示す例に基づいて説明する。

図38は、２つの所定地点ａ，ｂの間に信号交差点が存在しない場合に、車両の挙動を推定した例の説明図である。

時刻ｔ_１において第１地点ａを第１速度ｖ_１で通過した車両が、時刻ｔ_２において第２地点ｂを第２速度ｖ_２で通過したとする。

このような場合、装置は、第１地点ａ，第２地点ｂ間の車両の速度を一定速度（ｂ−ａ）／（ｔ_２−ｔ_１）と仮定して、車両の挙動を推定する。

図39は、２つの所定地点ａ，ｂ間に信号交差点が存在する場合に、車両の挙動を推定した例の説明図である。

時刻ｔ_１において第１地点ａを第１速度ｖ_１で通過した車両が、時刻ｔ_２において第２地点ｂを第２速度ｖ_２で通過した点は前述と同様であり、第１地点ａと第２地点ｂの間に地点ｃと地点ｄが存在する。地点ｃには信号交差点があり、地点ｄには信号のない交差点が存在するものとする。

このような場合、第１地点ａから地点ｄの途中までは、第１地点を通過した時点における第１速度ｖ_１の一定速度で走行し、地点ｄから第２地点ｂまでを速度（ｂ−ｄ）／（ｔ_２−ｔ_ｄ）で、一定速度で走行したと仮定して、車両の挙動を推定する。地点ｃの信号交差点では、赤信号及び信号待ち車両の台数に応じて必要な時間だけ停止したと仮定して、車両の挙動を推定する。

この装置では、少なくともセンサにより検出された観測データのうち、所定地点を通過した時刻情報が一致した車両挙動の推定が可能となる。

また、周囲の車両の影響や信号、踏切、その他の車両の走行に影響を与える交通環境情報を考慮して、運転者の挙動、及び物理的な車両挙動を模擬する装置が提案されている（たとえば、特許文献２）。

この装置では、車両モデルを用いて、運転者の挙動、及び物理的な車両挙動を模擬する。車両モデルは、目標加速度や目標速度などの挙動パラメータを持ち、挙動パラメータに応じて、車両の位置、速度等を決定する。

特開平11-161894号公報 特開2005-242688号公報

前述の装置のうち前者の場合、センサが検出する車両の観測データを用いて、センサが配置された所定地点間における車両の挙動を推定している。

前述したように、この装置では、車両が所定地点を通過する時刻は、センサから得られる観測データと一致するものの、交差点で速度変化する以外は、一定速度での走行を仮定するため、現実の車両の挙動とは大きく乖離している。例えば、速度が物理的にあり得ない程度に急激に変化する場合が生じる。また、信号以外の交通状況を考慮した挙動を推定することができない。

前述の装置のうち後者の場合、他の車両の影響を考慮することで周辺の交通状況に応じた車両の挙動を模擬しているが、所定地点において検出された車両の観測データと整合性のとれた車両の挙動を推定するものではない。

本発明では、観測データに基づき、所定地点を通過する際の時刻、速度などの制約条件を満たす車両の挙動を推定する車両挙動推定装置を提供する。その際、物理的法則と周辺の交通状況を考慮することにより、現実に近い車両の挙動の推定を実現可能とする。

車両挙動推定装置は、所定地点を通過する際の制約条件を満たす車両の挙動を推定する車両挙動推定装置であって、制約条件を満たすための車両モデルの挙動パラメータを算出する挙動パラメータ算出部と、挙動パラメータに基づいて車両モデルの挙動を決定し、車両モデルの車両状態データを出力する車両モデル演算部と、車両挙動パラメータ算出部及び車両モデル演算部における処理を所定時間間隔で実行させる模擬制御部とを含む。

本発明に係る車両挙動推定装置では、ある地点を通過する際の制約条件だけでなく、物理的制約、及びドライバが運転時に考慮しているであろう制約に基づいて車両挙動を決定することにより、車両挙動を高精度で推定することが可能になる。

車両挙動推定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 車両挙動推定装置の処理の概略を示す説明図である。 第１実施形態の車両挙動推定装置の機能ブロック図である。 制約条件テーブルの説明図である。 観測データの説明図である。 車両状態データテーブルの説明図である。 挙動パラメータテーブルの説明図である。 第２実施形態の車両挙動推定装置の機能ブロック図である。 第２実施形態の車両挙動推定装置のフローチャートである。 第２実施形態の車両挙動推定装置のフローチャートである。 車両モデルの時間−位置の関係を示す説明図である 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 通過レーン情報を含む観測データの一例を示す説明図である。 制約条件に基づいて斜線変更を行う際の説明図である。 制約条件テーブルの説明図である。 挙動パラメータの説明図である。 制約条件充足状況データテーブルの説明図である。 観測データの説明図である。 制約条件テーブルの説明図である。 複数の制約条件に基づく制御を行う場合のフローチャートである。 第３実施形態の車両挙動推定装置の機能ブロック図である。 信号機設定データテーブルの説明図である。 信号機状態データテーブルの説明図である。 第３実施形態の車両挙動推定装置のフローチャートである。 第３実施形態の車両挙動推定装置のフローチャートである。 車両モデルの時間−位置の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−位置の関係を示す説明図である。 車両モデルの時間−速度の関係を示す説明図である。 従来装置により推定される車両モデルの時間−位置の関係を示す説明図である。 従来装置により推定される車両モデルの時間―位置の関係を示す説明図である。

車両挙動推定装置の詳細を図示した実施形態に基づいて説明する。

〈概略構成〉
図１は、車両挙動推定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

車両挙動推定装置100は、挙動パラメータ算出部101と、車両モデル演算部102と、模擬制御部103とを備える。

挙動パラメータ算出部101は、所定地点を通過する際の制約条件を満たす車両モデルの挙動パラメータを算出する。所定地点を通過する際の制約条件は、たとえば、道路上の所定地点に設置されたセンサによって検出された車両の観測データに基づいて生成され、車両モデルが所定地点を通過する際の時刻、速度に関する条件を含むことができる。挙動パラメータ算出部101は、最初の所定地点を通過する際の制約条件を満たす値を車両状態データの初期値とし、この車両状態データと次の所定地点を通過する際の制約条件とに基づいて、車両モデルの目標速度及び／または目標加速度を挙動パラメータとして算出する。

車両モデル演算部102は、挙動パラメータ算出部101で算出された挙動パラメータに基づいて車両モデルの挙動を決定し、車両状態データを出力する。車両モデル演算部102では、たとえば、挙動パラメータに基づいて、その車両を運転する運転者の運転挙動を模擬する運転者モデルと、運転者モデルの運転挙動に基づいて車体の物理的な運動を模擬する車体運動モデルとを演算して、車両モデルの現在の車両状態データを更新することができる。

模擬制御部103は、挙動パラメータ算出部101及び車両モデル演算部102における処理を所定時間間隔で実行させる。

図２は、車両挙動推定装置100の処理に関する説明図である。

第１時刻t₁において走行速度v₁で所定地点s₁を通過すること、および第２時刻t₂において走行速度v₂で所定地点s₂を通過することが、所定地点s₁および所定地点s₂を通過する際の制約条件であるとする。

車両モデル演算部102は、所定地点s₁を通過する際の制約条件を満たす値を初期値とする車両モデルを生成する。車両モデル演算部102は、走行速度v₁で走行する車両モデルを第１時刻t₁に所定地点s₁に出現させる。

車両モデル演算部102により生成された車両モデルの車両状態データは、たとえば、車両モデルの現在の位置情報、走行速度情報などを備え、所定の記憶領域に格納される。車両モデル演算部102は、挙動パラメータに基づいて車両モデルの挙動を決定し、車両状態データを出力する。

挙動パラメータ算出部101は、次の所定地点s₂を通過する際の制約条件と、現在の車両状態データとに基づいて、挙動パラメータを算出する。挙動パラメータ算出部101は、車両モデルが第２時刻t₂に次の所定地点s₂を走行速度v₂で走行するための車両モデルの挙動に関するパラメータを決定するものであって、車両モデルの目標走行速度、目標加速度などを挙動パラメータとして算出する。

車両モデル演算部102は、挙動パラメータ算出部101で算出された挙動パラメータに基づいて車両モデルの挙動を決定し、車両状態データを算出する。車両モデル演算部102は、運転者の運転挙動を決定する運転者モデルと、車体の物理的な挙動を決定する車体運動モデルから構成されるようにしてもよい。運転者モデルは、周辺に存在する他の車両モデルや、信号、踏切、その他の交通環境を考慮して運転者の挙動を決定する。車体運動モデルは、運転者モデルの操作に応じて車輪の回転や路面との摩擦などの物理的な車体の挙動を決定する。

模擬制御部103は、挙動パラメータ算出部101及び車両モデル演算部102による処理を所定時間間隔で実行させる。模擬制御部103は、車両モデル演算部102から出力される車両状態データと次の所定地点における制約条件に基づいて挙動パラメータ算出部101による挙動パラメータの算出処理を所定時間間隔で実行させる。車両モデル演算部102は、所定時間間隔で更新される挙動パラメータに基づいて、車両モデルの挙動を特定し車両モデルの車両状態データを算出して出力する。

なお、模擬制御部103は、挙動パラメータ算出部101及び車両モデル演算部102による処理の時間間隔によりシミュレーションの精度を変更することが可能である。

また、この車両挙動推定装置100は、同一時間帯において出現する複数の車両の挙動を推定するものであって、車両モデル演算部102から出力される各車両モデルに対する車両状態データが所定の記憶領域に格納される。この場合、車両モデル演算部102は、他の車両モデルの車両状態データにより影響をうける運転者の運転挙動を算出し、これに基づいた車両モデルの挙動を決定することができる。この場合、周囲の車両モデルの影響を考慮した車両挙動を推定することができる。

車両モデル演算部102により出力される車両状態データに基づいて表される車両モデルの挙動は、物理的法則に従うように算出されており、図２に示されているように、第１所定地点s₁から第２所定地点s₂に到達するまでの間に、過度の急加速や急停車などの不自然な挙動が含まれなくなる。

〈第１実施形態〉
車両挙動推定装置の第１実施形態について説明する。

図３は、車両挙動推定装置の第１実施形態の機能ブロック図である。

ここでは、概略構成で示した基本構成に各種データベースを追加した構成を示す。

車両挙動推定装置100は、所定地点を通過する際の制約条件を格納する制約条件格納部110を備えている。

制約条件格納部110に格納される制約条件は、たとえば、所定地点を通過する時刻、その時の走行速度などを含むものである。制約条件は観測データに基づいて生成することができる。

挙動パラメータ格納部111は、挙動パラメータ算出部101で算出された挙動パラメータを格納するものであって、現在の目標速度、目標加速度などを挙動パラメータとして格納する。

車両状態データ格納部112は、車両モデル制御部103によって模擬される車両モデルの現在の位置情報、速度情報などを格納する。

車両モデル演算部102は、車両を運転する運転者の挙動を模擬する運転者モデル演算部105と、車体の物理的な挙動を模擬する車体運動モデル演算部106から構成される。

運転者モデル演算部105は、現在の挙動パラメータに基づき運転者の挙動を模擬する。運転者モデル演算部105は、たとえば、長周期的な経路選択行動、中周期的な自由走行、追従走行、信号などによる停止などを含む運転行動、短周期的なペダルやハンドル操作などを模擬する。最終的には、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキペダル操作量などを決定して、車体運動モデル演算部106に送信する。

車両モデル演算部102は、車体の物理的な挙動を模擬する。車両モデル演算部102は、例えば、車輪の回転やタイヤと路面との摩擦などを模擬し、座標系における車両モデルの位置、及び速度を決定する。車体運動モデルに関しては、当該技術分野において周知であり、詳細は省略する。

前述したように、制約条件格納部110には、車両が所定地点を通過する際の通過時刻と、その時の走行速度に関する制約条件が格納されている。

模擬制御部103は、最初の所定地点における制約条件を満たす値を初期値とする車両モデルを車両モデル演算部102に生成させる。この時の車両状態データは、最初の所定地点における位置情報と、その所定地点を通過する際の車両モデルの走行速度とすることができる。

挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件のうち、次の所定地点における制約条件と、現在の車両状態データに基づいて挙動パラメータを算出する。

図４は、制約条件格納部110に格納される制約条件テーブルの一例を示す説明図である。

制約条件テーブル400は、車両ID欄、位置欄、通過時刻欄、通過速度欄を備えており、車両毎に所定位置を通過する時刻とその時の走行速度を格納することができる。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。観測時には、車両ナンバー、車体の特徴、通過順などに応じて、所定地点を通過する車両が同一車両と同定できる。そこで、同一車両の観測データから制約条件を生成する場合、同一の車両IDを制約条件に付与することができる。

位置欄は、所定地点の位置座標を格納するものである。観測データから制約条件を生成する場合、観測データを検出したセンサの配置位置である。

通過時刻欄及び通過速度欄には、所定地点を車両が通過する時刻とその時の走行速度が格納される。観測データから制約条件を生成する場合、センサ地点を車両が通過した時刻とその時の走行速度に基づき条件を設定する。

図５は、観測データを説明するための説明図である。

図５に示すように、車両IDが「Ａ」の車両は、時刻t_1aにおいて、走行速度v_1aで位置s₁を通過したものとする。

この場合、位置s₁に設置された第１センサにより、通過時刻t_1a、通過速度v_1aを車両Ａの観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

同様に、車両IDが「Ａ」の車両が、時刻t_2aにおいて、走行速度v_2aで位置s₂を通過した場合、位置s₂に設置された第２センサにより、通過時刻t_2a、通過速度v_2aを車両Ａの観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

また、同様に、車両IDが「Ｂ」の車両が、通過時刻t_1b、通過速度v_1bで位置s₁を通過し、通過時刻t_2b、通過速度v_2bで位置s₂を通過したことをそれぞれの所定地点に設置されたセンサにより検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

車両モデル演算部102は、最初の制約条件を満たす値を車両状態データとする車両モデルを生成し、その時の車両状態データを車両状態データ格納部112に格納する。

たとえば、位置s₁における制約条件が最初の制約条件である場合には、車両モデル演算部102は、位置s₁における制約条件を満たす値を車両状態データの初期値とする車両モデルを生成し、車両状態データ格納部112に車両状態データを格納する。

図６は、車両状態データ格納部112に格納される車両状態データテーブルの一例を示す説明図である。

車両状態データテーブル600は、車両ID欄、位置座標欄、速度欄を備えている。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。

位置座標欄には、現在の車両モデルの位置情報が格納される。位置座標欄に格納される位置座標は、最初の制約条件を満たす値を初期値として、車両モデル演算部102により更新される。

速度欄には、現在の車両モデルの走行速度情報が格納される。速度欄に格納される走行速度情報は、最初の制約条件を満たす値を初期値として、車両モデル演算部102により更新される。

挙動パラメータ算出部101は、次の所定地点の制約条件と、車両状態データ格納部112に格納されている現在の車両状態データから挙動パラメータを算出する。

次の所定地点が図４に示す所定位置s₂である場合、挙動パラメータ算出部101は、通過時刻t_2a時点における走行速度がv_2aとなるように、現在の車両状態データの位置情報と速度情報から目標速度及び目標加速度を算出する。

図７は、挙動パラメータ格納部111に格納される挙動パラメータテーブルの一例を示す説明図である。

挙動パラメータテーブル700は、車両ID欄、目標速度欄、目標加速度欄を備えている。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。

目標速度欄には、挙動パラメータ算出部101により挙動パラメータとして算出された目標速度が格納される。

目標加速度欄には、挙動パラメータ算出部101により挙動パラメータとして算出された目標加速度が格納される。

車両モデル演算部102は、挙動パラメータ算出部101により算出されて挙動パラメータ格納部111に格納されている挙動パラメータに基づいて車両モデルの挙動を決定する。図７に示すように、目標速度と目標加速度とを挙動パラメータとする場合、車両モデル演算部102は、速度が目標速度に達するまで、目標加速度で加速または減速するように車両モデルの挙動を決定する。

〈第２実施形態〉
第２実施形態による車両挙動推定装置を以下に示す。

図８は、第２実施形態による車両挙動推定装置の機能ブロック図である。

第１実施形態と同様にして、挙動パラメータ算出部101、車両モデル演算部102、模擬制御部103、制約条件格納部110、挙動パラメータ格納部111、車両状態データ格納部112の構成は第１実施形態と同様である。

車両挙動推定装置100は、制約条件格納部110に格納される制約条件を、車両検出部801で検出される観測データから生成する。

また、車両挙動推定装置100は、車両モデル演算部102により算出された車両モデルの挙動が、制約条件とどの程度一致しているかを判定するための制約条件充足状況出力部802を備える。

車両検出部801は、道路上の所定地点に配置されたセンサ群とすることができ、所定地点において通過する車両の通過時刻及び通過速度を検出して、観測データに基づき制約条件を生成して制約条件格納部110に格納する。

制約条件充足状況出力部802は、車両モデル演算部102で算出された車両状態データが、制約条件格納部110に格納された制約条件をどの程度充足しているかを判定する。

図９は、第２実施形態の車両挙動推定装置100の動作を示すフローチャートである。

ステップS901において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件が存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件格納部110に格納された制約条件を検索して、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件がある場合には、ステップS902に移行し、そうでない場合にはステップS907に移行する。

ステップS902において、車両挙動推定装置100は、通過時刻がシミュレーションの現在時刻に一致する制約条件に対応する車両モデルが、既に存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件が、車両モデル演算部102において制御される車両モデルに対応するものであるか否かを判別して、存在していない場合にはステップS903に移行し、既に存在している場合にはステップS905に移行する。

ステップS903において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づいて車両状態データを設定する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件に基づいて、新たに出現させる車両モデルの車両状態データを設定する。制約条件格納部110に格納されている制約条件中に、所定地点を通過する際の走行速度情報が含まれている場合には、その所定地点の位置情報と走行速度情報を車両状態データの初期値として設定する。

ステップS904において、車両挙動推定装置100は、新たな車両モデルを追加する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件を満たす値を初期値とする車両モデルを追加する。

ステップS907において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションを実行する全ての車両モデルについて、処理を実行していない車両モデルがあるか否かを判別する。

ここでは、車両モデル演算部102において制御している車両モデルについて、シミュレーションの現在時刻における車両状態データの更新を行ったか否かを判別し、処理していない車両モデルがあると判断した場合にステップS908に移行し、全ての車両モデルに対して処理を行ったと判断した場合にはステップS911に移行する。

ステップS908において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づき挙動パラメータを更新する。挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件と、現在の車両状態データから目標速度及び目標加速度を算出して、これを挙動パラメータとして挙動パラメータ格納部111に格納する。

ステップS909において、車両挙動推定装置100は、車両の運転者による運転挙動をシミュレーションする。ここでは、運転モデル演算部105が、周囲の交通環境情報や目標経路情報などから、運転者の運転挙動をシミュレーションし、少なくとも挙動パラメータ算出部111で算出された目標速度及び目標加速度に基づいて、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量などの運転挙動を算出する。

ステップS910において、車両挙動推定装置100は、車体の挙動をシミュレーションする。ここでは、車体運動モデル演算部106が、運転者モデル演算部105により演算された運転挙動に基づいて、車体の運動挙動をシミュレーションし、たとえば、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量に基づいて車両状態データを算出する。

この後、ステップS907に移行して、全ての車両モデルについて車両状態データの更新処理を行う。

ステップS911において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻を更新する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻を所定時間Δｔだけインクリメントし、処理をステップS912に移行させる。

ステップS912において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であるか否かを判別する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であると判断した場合にはこの処理を終了し、そうでないと判断した場合にはステップS901に移行する。

ステップS905において、車両挙動推定装置100は、車両モデルの現在の車両状態データが、制約条件とどの程度充足しているかを判別し、その判別結果を出力する。

ステップS906において、車両挙動推定装置100は、車両モデルを削除する。車両モデル演算部102は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件の車両モデルを削除し、ステップS907に移行する。

図10は、図９のステップS908をさらに詳細に説明するためのフローチャートである。

ステップS1001において、車両挙動推定装置100は、目標速度、および目標加速度を算出する。挙動パラメータ算出部101は、次の所定地点における通過速度v₂を目標速度として、現在の走行速度v_tから目標加速度a_tを算出する。

図11は、現在位置から所定地点s₂に到達するまでの速度変化を表すための説明図である。

図11では、縦軸を距離、横軸を時刻として車両モデルの位置情報を相対的な距離で示している。

車両モデルの現在位置をs_cとし、現在時刻t_cにおける速度をv_cとする。制約条件は、所定位置s₂を時刻t₂に走行速度v₂で走行することである。

現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離をｄとする時、現在位置s_cにおける目標速度v_t及び目標加速度a_tは、以下の式で表される。

(1)目標速度v_t＝v₂
(2)目標加速度a_t＝（v₂−v_c）/（t'−t_c）
ここで、車両モデルの速度がv₂に到達する時刻を到達時刻t'としている。この到達時刻t'は、以下の式で表すことができる。

(3)t'＝（２ｄ−２v₂t₂＋v₂t_c＋v_ct_c）/（v_c−v₂）（ただし、t_c＜t'＜t₂）
ステップS1002において、車両挙動推定装置100は、到達時刻t'が時刻t₂以下であるか否かを判別する。挙動パラメータ算出部101は、算出される到達時刻t'が次の制約条件である時刻t₂を超えない場合にはステップS1003に移行し、算出される到達時刻t'が次の制約条件である時刻t₂を超える場合にはステップS1006に移行する。

ステップS1003において、車両挙動推定装置100は、目標加速度a_tが通常の最大減速度a_min以上、最大加速度a_max以下であるか否かを判別する。車両の通常運転時における挙動での最大減速度a_minと最大加速度a_maxを設定しておき、挙動パラメータ算出部101は、目標加速度a_tが最大減速度a_minと最大加速度a_maxの間の範囲にあるか否かを判定する。ここで、通常の最大加速度a_maxは、たとえば、２m/s²とすることができ、通常の最大減速度ａ_minは、たとえば、−２m/s²とすることができる。挙動パラメータ算出部101は、目標加速度a_tが最大減速度a_minと最大加速度a_maxの間の範囲にあると判断した場合には、ステップS1004に移行し、そうでない場合にはステップS1005に移行する。

ステップS1004において、挙動パラメータ算出部101は、(1)式のように、目標速度v_tを時刻t₂における通過速度v₂に設定し、(3)式により到達時刻t'を算出するとともに、(2)式により目標加速度a_t＝（v₂−v_c）/（t'−t_c）を算出する。

図12は、現在速度v_cが目標速度v₂より小さい場合の到達時刻t'の算出方法を説明するための説明図である。

図12において、縦軸を車両モデルの速度、横軸を時刻としており、この場合２点間の傾きが加速度となり、２つの時刻間における走行速度を積分した面積が走行距離となる。

図12に示すように、現在速度v_cが目標速度v₂より小さく、時刻t₂よりも以前に目標速度v₂に到達可能である場合には、現在時刻t_cから到達時刻t'までの加速度ａは、正の値を持つこととなる。

これから、挙動パラメータ算出部101は、現在時刻t_cから到達時刻t'までの間を加速度ａで走行する場合の傾きａの直線下部の面積と、到達時刻t'から時刻t₂までの間を速度v₂で走行する場合の長方形の面積との合計が距離ｄに一致するように、到達時刻t'を決定する。

挙動パラメータ算出部101は、到達時刻t'を算出した後、(2)式により目標加速度a_tを求める。この時、挙動パラメータ算出部101により算出された目標加速度a_tは、図12の傾きａと一致する。

図13は、現在速度v_cが目標速度v₂より大きい場合の到達時刻t'の算出方法を説明するための説明図である。

図13では、図12の場合と同様に、縦軸を車両モデルの速度、横軸を時刻としており、この場合２点間の傾きが加速度となり、２つの時刻間における走行速度を積分した面積が走行距離となる。

図13に示すように、現在速度v_cが目標速度v₂より大きく、時刻t₂よりも以前に目標速度v₂に到達可能である場合には、現在時刻t_cから到達時刻t'までの加速度ａは、負の値を持つこととなる。

これから、挙動パラメータ算出部101は、現在時刻t_cから到達時刻t'までの間を加速度ａで走行する場合の傾きａの直線下部の面積と、到達時刻t'から時刻t₂までの間を速度v₂で走行する場合の長方形の面積との合計が距離ｄに一致するように、到達時刻t'を決定する。

挙動パラメータ算出部101は、到達時刻t'を算出した後、(2)式により目標加速度a_tを求める。この時、挙動パラメータ算出部101により算出された目標加速度a_tは、図13の傾きａと一致する。

ステップS1005において、車両挙動推定装置100は、目標加速度を最大加速度として次の所定地点における通過速度より大きい値を目標速度とするか、または目標加速度を最大減速度として次の所定地点における通過速度より小さい値を目標速度とする。

挙動パラメータ算出部101は、ステップS1001において算出した目標加速度a_tの値が通常の最大加速度a_maxよりも大きいと判断した場合には、最大加速度a_maxにより加速して目標速度v₂に到達したとしても、次の通過時刻t₂に所定位置s₂に到達できないと判断する。また、挙動パラメータ算出部101は、ステップS1001において算出した目標加速度a_tの値が通常の最大減速度a_minよりも小さいと判断した場合には、最大減速度a_minにより減速して目標速度v₂に到達したとしても、次の通過時刻t₂に所定位置s₂を超えてしまうと判断する。

挙動パラメータ算出部101は、次の通過時刻t₂に所定位置s₂に到達できないと判断した場合には、目標加速度a_tを最大加速度a_maxとして、次の通過速度v₂よりも大きな値を目標速度v_tとする。また、挙動パラメータ算出部101は、次の通過時刻t₂に所定位置s₂を超えてしまうと判断した場合には、目標加速度a_tを最大減速度a_minとして、次の通過速度v₂よりも小さな値を目標速度v_tとする。

図14は、ステップS1001で算出された目標加速度a_tが通常の最大加速度a_maxを超える場合の挙動パラメータの算出に関する説明図である。

図14に示すものは、現在時刻t_cにおける速度v_cから、次の所定地点s₂における通過速度v₂に到達するまで、最大加速度a_maxにより加速したとしても、所定地点s₂に到達できない場合である。

この場合には、挙動パラメータ算出部101は、所定地点s₂における通過速度v₂よりも大きな値の目標速度v_tまで最大加速度a_maxにより加速するように挙動パラメータを設定する。

次の通過速度v₂よりも大きな値である目標速度v_tに到達する時刻を到達時刻t_rとする場合、目標速度v_tは以下の計算式により算出することができる。

(4)t_r＝t_c＋（v_t−v_c）/a_max （ただし、t_r＜t₂）
(5)（t₂−t_r）v_t＋（v_c＋v_t）（t_r−t_c）/2＝ｄ
ただし、上限速度v_max及び下限速度v_minとする場合に、v_min＜v_t＜v_maxである。通常、上限速度v_maxは規制速度または法定速度とし、v_minは走行可能な下限値とすることができる。

また、速度v_tから次の通過速度v₂への速度変化に要する時間は便宜的に０として計算しているが、図に示すように、最大減速度a_minにより、目標速度v_tから次の通過速度v₂に到達する時間を考慮して、目標速度v_tを算出することも可能である。目標速度v_tから次の通過速度v₂まで減速するための加速度の計算は、到達時刻t_r以降において挙動パラメータの演算処理として行うことができる。

この場合、現在時刻t_cにおける現在速度v_cから到達時刻t_rにおける目標速度v_tまでを最大加速度a_maxで加速する際の傾きa_maxの直線下部の面積と、到達時刻t_rから次の通過時刻t₂までを目標速度v_tで走行する際の長方形の面積とを合計した値が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄに一致する。

図15は、ステップS1001で算出された目標加速度a_tが通常の最大減速度a_minよりも小さい場合の挙動パラメータの算出に関する説明図である。

図15に示すものは、現在時刻t_cにおける速度v_cから、次の所定地点s₂における通過速度v₂に到達するまで、最大減速度a_minにより減速したとしても、所定地点s₂を超える場合である。

この場合には、挙動パラメータ算出部101は、所定地点s₂における通過速度v₂よりも小さい値の目標速度v_tまで最大減速度a_minにより減速するように挙動パラメータを設定する。

次の通過速度v₂よりも小さい値である目標速度v_tに到達する時刻を到達時刻t_rとする場合、目標速度v_tは以下の計算式により算出することができる。

(6)t_r＝t_c＋（v_t−v_c）/a_min （ただし、t_r＜t₂）
(7)（t₂−t_r）v_t＋（v_c＋v_t）（t_r−t_c）/2＝ｄ
ただし、上限速度v_max及び下限速度v_minとする場合に、v_min＜v_t＜v_maxである。通常、上限速度v_maxは規制速度または法定速度とし、下限速度v_minは走行可能な下限値とすることができる。

ここでも、速度v_tから次の通過速度v₂への速度変化に要する時間は便宜的に０として計算しているが、図に示すように、最大加速度a_maxにより、目標速度v_tから次の通過速度v₂に到達する時間を考慮して、目標速度v_tを算出することも可能である。目標速度v_tから次の通過速度v₂まで加速するための加速度の計算は、到達時刻t_r以降において挙動パラメータの演算処理として行うことができる。

この場合、現在時刻t_cにおける現在速度v_cから到達時刻t_rにおける目標速度v_tまでを最大減速度a_minで減速する際の傾きa_minの直線下部の面積と、到達時刻t_rから次の通過時刻t₂までを目標速度v_tで走行する際の長方形の面積とを合計した値が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄに一致する。

ステップS1006において、車両挙動推定装置100は、現在速度を維持して制約条件を充足できるか否かを判別する。

ステップS1001で算出した到達時刻t'が次の通過時刻t₂を超える場合は、現在時刻t_cにおいて目標加速度a_tで加速を開始すると、次の通過時刻t₂において所定地点s₂を超えてしまう。挙動パラメータ算出部101は、現在速度v_cを所定時間だけ維持し、その後、目標加速度a_tで加速を開始した場合に、制約条件である通過時刻t₂において所定位置s₂を通過できるか否かを判別する。挙動パラメータ算出部101は、現在速度v_cを所定時間だけ維持することで、制約条件を充足することができると判断した場合には、ステップS1007に移行し、そうでない場合にはステップS1008に移行する。

ステップS1007において、車両挙動推定装置100は、目標速度を現在速度とし、目標加速度を０に設定する。

前述したように、挙動パラメータ算出部101は、所定時間だけ現在速度v_cを維持して直ちに加速を行わないように、目標速度v_t＝現在速度v_cとし、目標加速度a_t＝０とする。

図16は、現在速度を維持して制約条件を充足できる場合であって、現在速度の値が次の通過速度の値より小さい時の目標加速度設定についての説明図である。

現在速度v_cの値が次の通過速度v₂の値より小さい場合には、挙動パラメータ算出部101は、現在速度v_cを所定時刻t_mまで維持し、所定時刻t_mから最大加速度a_maxによる加速を開始することを決定する。

図16において、現在速度v_cで現在時刻t_cから所定時刻t_mまで走行する長方形の面積と、目標加速度a_t＝最大加速度a_maxで加速する傾きa_maxの直線下部の面積との合計が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄとなるように、挙動パラメータ算出部101は所定時刻t_mを算出する。所定時刻t_mの算出には、以下の計算式を用いることができる。

(8)t_m＝t₂−（v₂−v_c）/a_max
挙動パラメータ算出部101は、目標速度v_t＝現在速度v_cとし、目標加速度a_t＝０として、これを所定時刻t_mまで維持することで、次の通過時刻t₂において所定位置s₂を超えてしまうことを防止できる。

挙動パラメータ算出部101は、所定時間間隔で挙動パラメータの算出処理を実行していることから、現在速度v_cを維持する所定時刻t_mの算出を行わないようにすることもできる。

図17は、現在速度を維持して制約条件を充足できる場合であって、現在速度の値が次の通過速度の値より大きい時の目標加速度設定についての説明図である。

現在速度v_cの値が次の通過速度v₂の値より大きい場合には、挙動パラメータ算出部101は、現在速度v_cを所定時刻t_mまで維持し、所定時刻t_mから最大減速度a_minによる減速を開始することを決定する。

図17において、現在速度v_cで現在時刻t_cから所定時刻t_mまで走行する長方形の面積と、目標加速度a_t＝最大減速度a_minで減速する傾きa_minの直線下部の面積との合計が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄとなるように、挙動パラメータ算出部101は所定時刻t_mを算出する。所定時刻t_mの算出には、以下の計算式を用いることができる。

(9)t_m＝t₂−（v₂−v_c）/a_min
挙動パラメータ算出部101は、目標速度v_t＝現在速度v_cとし、目標加速度a_t＝０として、これを所定時刻t_mまで維持することで、次の通過時刻t₂において所定位置s₂を超えてしまうことを防止できる。

挙動パラメータ算出部101は、所定時間間隔で挙動パラメータの算出処理を実行していることから、現在速度v_cを維持する所定時刻t_mの算出を行わないようにすることもできる。

ステップS1008において、車両挙動推定装置100は、現在速度が次の通過速度より小さい値である場合に目標速度を現在速度より小さい値とし、現在速度が次の通過速度より大きい値である場合に目標速度を現在速度より大きい値に設定する。

図18は、現在速度を所定時間維持しても制約条件を充足できない場合であって現在速度が次の通過速度より小さい値である時の挙動パラメータ設定の説明図である。

現在速度v_cが次の通過速度v₂より小さい値である場合に、現在速度v_cを所定時間維持した後に、最大加速度a_maxで加速を開始しても、次の通過時刻t₂において所定地点s₂を超えてしまう場合には、挙動パラメータ算出部101は、目標速度v_tを現在速度v_cよりも小さい値に設定する。すなわち、図16に示すような所定時刻t_mにおける速度を速度v_mとする時、以下のような不等式が成立する場合には、現在速度v_cよりも小さい値の目標速度v_tを設定する。

(10) ｄ＜v_c（t_m−t_c）+（v_c+v₂）（t₂+v_m）
この時、挙動パラメータ算出部101は、目標加速度a_tを最大減速度a_minとし、目標速度v_tを以下の計算式から算出する。

(11) t_m＝t₂−（v₂−v_t）/a_max （ただし、t_m＞t_c）
(12) （t_m−t_c）v_t+（v_t+v₂）（t₂−t_m）/２＝ｄ
ただし、上限速度v_max及び下限速度v_minとする場合に、v_min＜v_t＜v_maxである。通常、上限速度v_maxは規制速度または法定速度とし、下限速度v_minは走行可能な下限値とすることができる。

ここでは、現在速度v_cから目標速度v_tへの速度変化に要する時間は便宜的に０として計算しているが、最大減速度a_minにより、現在速度v_cから目標速度v_tに到達する時間を考慮して、目標速度v_tを算出することも可能である。

この場合、現在時刻t_cから所定時刻t_mまでを目標速度v_tで走行する際の長方形の面積と、所定時刻t_mにおける目標速度v_tから通過時刻t₂における通過速度v₂までを最大加速度a_maxで加速する際の傾きa_maxの直線下部の面積とを合計した値が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄに一致する。

図19は、現在速度を所定時間維持しても制約条件を充足できない場合であって現在速度が次の通過速度より大きい値である時の挙動パラメータ設定の説明図である。

現在速度v_cが次の通過速度v₂より大きい値である場合に、現在速度v_cを所定時間維持した後に、最大減速度a_minで減速を開始しても、次の通過時刻t₂において所定地点s₂を超えてしまう場合には、挙動パラメータ算出部101は、目標速度v_tを現在速度v_cよりも大きい値に設定する。すなわち、図17に示すような所定時刻t_mにおける速度を速度v_mとする時、以下のような不等式が成立する場合には、現在速度v_cよりも大きい値の目標速度v_tを設定する。

(13) ｄ＞v_c（t_m−t_c）+（v_c+v₂）（t₂+v_m）/２
この時、挙動パラメータ算出部101は、目標加速度a_tを最大減速度a_minとし、目標速度v_tを以下の計算式から算出する。

(14) t_m＝t₂−（v₂−v_t）/a_min （ただし、t_m＞t_c）
(15) （t_m−t_c）v_t+（v_t+v₂）（t₂−t_m）/２＝ｄ
ただし、上限速度v_max及び下限速度v_minとする場合に、v_min＜v_t＜v_maxである。通常、上限速度v_maxは規制速度または法定速度とし、v_minは走行可能な下限値とすることができる。

ここでは、現在速度v_cから目標速度v_tへの速度変化に要する時間は便宜的に０として計算しているが、最大加速度a_maxにより、現在速度v_cから目標速度v_tに到達する時間を考慮して、目標速度v_tを算出することも可能である。

この場合、現在時刻t_cから所定時刻t_mまでを目標速度v_tで走行する際の長方形の面積と、
所定時刻t_mにおける目標速度v_tから通過時刻t₂における通過速度v₂までを最大減速度a_minで加速する際の傾きa_minの直線下部の面積とを合計した値が、現在位置s_cから次の所定位置s₂までの距離ｄに一致する。

以上のようにして、最大減速度a_minまたは最大加速度a_maxにより加速を行っても、制約条件を充足できないような場合には、挙動パラメータ算出部101は、現在速度v_cを所定時間維持した後、目標加速度による加速を開始するように挙動パラメータを算出する。

また、現在速度v_cを所定時間維持した後、目標加速度による加速を開始するようにしても制約条件を充足できない場合には、現在速度v_cから次の通過速度v₂への加速とは逆の目標加速度により加速することで、制約条件を充足するように挙動パラメータを決定している。

〈想定した車両挙動との乖離〉
車両挙動推定装置100では、前方を走行する車両モデルの挙動による影響、障害物との衝突の回避、信号機や停止線における停止などの交通法規、その他の交通環境に応じて、車両モデルの挙動を決定している。

たとえば、前述したように、車両モデル演算部102の運転者モデル演算部105は、目標経路、道路の物理的形状、交通規制、交通標識、周辺に存在する他の車両モデルの車両状態データなどの交通環境、選択される走行車線選択、信号、踏切、一時停止規制などの停止標識対応などに基づいて、ステアリング操作値、アクセル・ブレーキ操作値などを演算している。車体運動モデル演算部106は、運転者モデル演算部105から出力される運転挙動に応じて、車体の物理的な挙動をモデル化して、これにより得られる車両状態データを出力する。したがって、挙動パラメータ算出部101によって算出された挙動パラメータにより想定される挙動と、車両モデル演算部102により制御される車両モデルの挙動とは、必ずしも一致するわけではない。

車両モデルの挙動が、挙動パラメータ算出101によって算出される挙動パラメータにより想定される挙動と乖離している場合であっても、挙動パラメータ算出部101は制約条件を満たすように挙動パラメータを随時算出する。

図20及び図21は、挙動パラメータにより想定される挙動と車両モデルの挙動が乖離した場合の挙動パラメータの修正方法に関する説明図である。

図20に示すように、通過速度v₁から次の通過速度v₂を目標速度v_tとして目標加速度aで加速している間に、周辺の交通環境の影響により減速して、現在時刻t_cにおける走行速度v_cが、挙動パラメータ算出部101が算出した挙動パラメータにより想定される挙動と乖離している。

この場合には、挙動パラメータ算出部101は、現在時刻t_cにおける走行速度v_cから目標速度v_t（＝v₂）に到達するための目標加速度a’を算出する。

減速が生じる前の目標加速度ａにより加速した場合、車両モデルの走行速度v_cが目標速度v₂に到達する時刻は到達時刻t’であった。この場合、所定地点s₁から次の所定地点s₂までの距離dに応じて、到達時刻t’が決定されており、走行速度を積分した面積が距離dに一致する。

これに対して、現在時刻t_cにおける走行速度v_cは、目標加速度ａにより一定に加速した場合よりも遅くなっており、走行速度を積分した面積が距離dよりも小さくなっている。したがって、現在時刻t_cにおける走行速度v_cからの目標加速度a_tを、減速が生じる前に算出された目標加速度ａとしても、次の通過時刻t₂において所定地点s₂に到達することができない。また、減速が生じる前に算出された目標速度v₂への到達時刻t_cを用いて、現在時刻t_cにおける走行速度v_cからの目標加速度a_tを算出した場合であっても、次の通過時刻t₂において所定地点s₂に到達することができない。

したがって、挙動パラメータ算出部101は、走行速度を積分した面積が距離dに一致するように、現在時刻t_cにおける走行速度v_cから目標速度v₂に到達する到達時刻t’’を算出し、これに基づいて目標加速度a’を挙動パラメータとして算出する。

なお、車両モデル演算部102は、運転者挙動モデル演算部105及び車体運動モデル演算部106によって、交通法規や周囲の交通環境、ならびに車体の物理的法則に従った挙動の範囲で、車両モデルの車両挙動を決定している。

このことにより、周辺の交通環境に影響されて、車両モデルの挙動が目標速度及び目標加速度から乖離した場合であっても、交通法規や周辺の交通環境、車体の物理的法則に従う範囲で挙動パラメータが更新される。

〈挙動パラメータの他の例〉
車両検出部801が検出する観測データとして、所定地点を通過する際に、複数のレーンを備える道路のいずれのレーンを走行しているかの通過レーン情報を含む場合が想定される。

制約条件格納部110に格納される制約条件には、車両検出部801で検出された通過レーン情報が制約条件の１つとして含まれる。

挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件に基づいて、目標レーン情報を挙動パラメータとして出力することができる。

図22Aは、複数のレーンを有する道路における観測データを説明するための説明図である。

片側２車線の道路において、位置s₁及び位置s₂に車両検出部（センサ）が設置されている。図22Aに示すように、車両IDが「Ａ」の車両は、時刻t_1aにおいて位置s₁を通過する際に、走行速度v_1aで第１レーンを走行していたとする。

この場合、位置s₁に設置されたセンサにより、車両の通過時刻、その時の通過速度、通過レーンを観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

同様に、車両IDが「Ａ」の車両が、時刻t_2aにおいて位置s₂を通過する際に、走行速度v_2aで第2レーンを走行していたとする。

この場合、位置s₂に設置された第２センサにより、通過時刻t_2a、通過速度v_2a、通過レーンを車両IDが「Ａ」の車両の観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

図23は、制約条件格納部110に格納される制約条件テーブルの一例を示す説明図である。

制約条件テーブル2300は、車両ID欄、位置欄、通過時刻欄、通過速度欄、通過レーン欄を備えており、車両毎に所定位置を通過した時刻とその時の走行速度及び通過レーン情報を格納することができる。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。観測時には、車両ナンバー、車体の特徴、通過順などに応じて、所定地点を通過する車両が同一車両と同定できる。そこで、同一車両の観測データから制約条件を生成する場合、同一の車両IDを付与することができる。

位置欄は、所定地点の位置座標を格納するものである。観測データから制約条件を生成する場合、観測データを検出したセンサの配置位置である。

通過時刻欄及び通過速度欄には、車両が通過する時刻とその時の走行速度が格納される。観測データから制約条件を生成する場合、センサの地点を車両が通過した時刻とその時の走行速度に基づき条件を設定する。

通過レーン欄は、車両が所定位置を通過する際に、複数のレーンを有する道路のいずれのレーンを通過するかの通過レーン情報が格納される。観測データから制約条件を生成する場合、走行レーンを識別可能なセンサにより検出した走行レーンに基づき条件を設定する。

図23に示される例では、車両IDが「Ａ」の車両は、時刻t_1aにおいて、走行速度v_1aで位置s₁を通過し、この時に第１レーンを通過することが制約条件である。

また、車両IDが「Ａ」の車両は、時刻t_2aにおいて、走行速度v_2aで位置s₂を通過したものであり、この時に第２レーンを通過することが制約条件である。

挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件を満たすように、挙動パラメータを算出するものであり、たとえば、目標速度、目標加速度、目標レーン情報を挙動パラメータとして算出して挙動パラメータ格納部111に格納する。

図24は、挙動パラメータ格納部111に格納される挙動パラメータテーブルの一例を示す説明図である。

図24に示される挙動パラメータテーブル2400は、車両ID欄、目標レーン欄を備えている。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。

目標レーン欄には、次の所定地点における車両の通過レーンを目標レーン情報として格納される。

図24では図示していないが、挙動パラメータテーブル2400は、挙動パラメータ算出部101が算出する目標速度及び目標加速度を格納する目標速度欄及び目標加速度欄を含むことができる。

挙動パラメータ算出部101は、次の位置s₂における通過レーン情報に基づいて、目標レーン情報を決定し、これを挙動パラメータテーブル2400の目標レーン欄に格納する。

図示した例では、車両IDが「Ａ」である車両は、位置s₁では第１レーンを通過し、位置s₂では第２レーンを通過することが制約条件である。車両IDが「Ａ」である車両が位置s₁を通過した後、挙動パラメータ算出部101は、次の位置s₂における通過レーンである第2レーンを目標レーン情報として挙動パラメータテーブル2400に格納する。

運転者モデル演算部105は、挙動パラメータテーブル2400の目標レーン情報に基づいて、レーン変更を行うための運転挙動を算出する。運転者モデル演算部105は、周辺の車両モデルの車両状態データを考慮して運転挙動を決定している。

目標レーン情報が、現在走行中のレーンと異なるレーンである場合には、運転者モデル演算部105は、目標レーンの前方及び後方を走行中の車両モデルの挙動についても考慮して挙動を決定する。

図22Bは、車両IDが「Ａ」である車両に対応する車両モデルの車両変更時の説明図である。

図22Bでは、車両IDが「Ａ」である車両に対応する車両モデル（以下、車両モデルＡと称す）が、位置s₃を走行していることを示している。ここで、車両モデルＡが現在走行中のレーンを第１レーンとし、位置s₂における通過レーンを第２レーンとする。

車両モデルＡの周辺には、第１レーンの後方に車両モデル2211、第１レーンの前方に車両モデル2212、第２レーンの後方に車両モデル2210、第２レーンの前方に車両モデル2213がそれぞれ存在するとする。

運転者モデル演算部105は、目標レーン情報を満たすために、レーン変更が可能であるか否かの判断を行う。運転者モデル演算部105は、第２レーンの後方の車両モデル2210、第２レーンの前方の車両モデル2213との距離に応じて、レーン変更が可能か否かを判別する。

運転者モデル演算部105は、レーン変更が可能であると判断した場合には、他の車両モデルの挙動を考慮して、目標速度、目標加速度に応じたアクセル・ブレーキ操作量を決定し、目標レーン情報に応じてステアリング操作量を決定する。

レーン変更が可能か否かの判断条件は、挙動パラメータ格納部111に格納される挙動パラメータに含ませることも可能である。

また、制約条件として通過レーン情報が含まれている場合には、レーン変更を行うための挙動を優先的に行うために、レーン変更可能か否かの判断条件を緩和することも可能である。

以上のように、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータに目標レーン情報を含ませることにより、車両の挙動をより正確に推定することが可能となる。

〈制約条件充足状況〉
制約条件充足状況出力部802は、所定地点を通過する車両モデルの車両状態データと、制約条件格納部110に格納された制約条件との誤差を算出し、シミュレーションによる車両状態データが制約条件をどの程度充足しているかの程度を出力する。

たとえば、制約条件充足状況出力部802は、所定地点を通過する車両モデルの通過時刻、通過速度と、制約条件格納部110に格納された制約条件に含まれる通過時刻、通過速度との誤差を算出して出力することができる。

図25は、制約条件充足状況データテーブルの一例を示す説明図である。

制約条件充足状況データテーブル2500は、車両ID欄、位置欄、通過時刻欄、通過速度欄を備えており、通過時刻欄及び通過速度欄はそれぞれ推定データ欄と誤差欄を備えている。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものであり、制約条件テーブルの車両ID欄と同一の車両識別記号が格納される。

位置欄は、所定地点の位置座標を格納するものである。観測データから制約条件を生成する場合、車両を検出した車両検出部801の配置位置に関するものである。

通過時刻欄の推定データ欄には、車両モデルが所定地点を通過した通過時刻が格納される。また、通過時刻欄の誤差欄には、車両モデルが所定地点を通過した通過時刻と制約条件に含まれる通過時刻との誤差が格納される。

通過速度欄の推定データ欄には、車両モデルが所定地点を通過した際の通過速度が格納される。また、通過時刻欄の誤差欄には、車両モデルが所定地点を通過した際の通過速度と制約条件に含まれる通過速度との誤差が格納される。

制約条件充足状況出力部802は、通過時刻の誤差または通過速度の誤差が所定の閾値を超えたか否かを判別して、閾値を超えた車両モデルがあった場合にアラームを通知することができる。たとえば、制約条件充足状況データテーブル2500に、アラーム欄をさらに設けておき、所定の閾値を超える誤差があった場合に、アラーム表示を出力することができる。

〈複数の制約条件〉
挙動パラメータ算出部101が、制約条件格納部110に格納されている３つ以上の制約条件に基づいて挙動パラメータを算出する場合について説明する。

図26は、車両の観測データを説明するための説明図である。

図26に示すように、車両IDが「Ａ」の車両は、時刻t_1aにおいて、走行速度v_1aで位置s₁を通過したものとする。

この場合、位置s₁に設置された第１センサにより、通過時刻t_1a、通過速度v_1aを車両Ａの観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

同様に、車両IDが「Ａ」の車両が、時刻t_2aにおいて、走行速度v_2aで位置s₂を通過した場合、位置s₂に設置された第２センサにより、通過時刻t_2a、通過速度v_2aを車両Ａの観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

さらに、車両IDが「Ａ」の車両が、時刻t_3aにおいて、走行速度v_3aで位置s₃を通過した場合、位置s₃に設置された第３センサにより、通過時刻t_3a、通過速度v_3aを車両Ａの観測データとして検出し、この観測データから生成した制約条件が制約条件格納部110に格納される。

図27は、制約条件格納部110に格納される制約条件テーブルの一例を示す説明図である。

図27に示す制約条件テーブル2700は、図６に示す制約条件テーブル400と同様に、車両ID欄、位置欄、通過時刻欄、通過速度欄を備えており、車両毎に所定位置を通過した時刻とその時の走行速度を格納することができる。

車両ID欄は、車両を特定するための車両識別記号を格納するものである。観測時には、車両ナンバー、車体の特徴、通過順などに応じて、所定地点を通過する車両が同一車両と同定できる。そこで、同一車両の観測データから制約条件を生成する場合、同一の車両IDを制約条件に付与することができる。

位置欄は、所定地点の位置座標を格納するものである。観測データから制約条件を生成する場合、観測データを検出したセンサの配置位置である。

通過時刻欄及び通過速度欄には、車両が通過する時刻とその時の走行速度が格納される。観測データから制約条件を生成する場合、センサの地点を車両が通過した時刻とその時の走行速度に基づき条件を設定する。

図示した例では、所定位置s₁〜s₃を通過した車両Ａの通過時刻及び通過速度が格納されている。

図28は、3つ以上の制約条件に基づいて挙動パラメータを算出する場合の車両挙動推定装置100の動作を示すフローチャートである。

ステップS2801において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件が存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件格納部110に格納された制約条件を検索して、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件がある場合には、ステップS2802に移行し、そうでない場合にはステップS2808に移行する。

ステップS2802において、車両挙動推定装置100は、通過時刻がシミュレーションの現在時刻に一致する制約条件に対応する車両モデルが、既に存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件が、車両モデル演算部102において制御される車両モデルに対応するものであるか否かを判別して、存在していない場合にはステップS2803に移行し、既に存在している場合にはステップS2805に移行する。

ステップS2803において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づいて車両状態データを設定する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件に基づいて、新たに出現させる車両モデルの車両状態データを設定する。制約条件格納部110に格納されている制約条件中に、所定地点を通過する際の走行速度情報が含まれている場合には、その所定地点の位置情報と走行速度情報を車両状態データの初期値として設定する。

ステップS2804において、車両挙動推定装置100は、新たな車両モデルを追加する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件を満たす値を初期値とする車両モデルを追加する。

ステップS2808において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションを実行する車両について、処理を実行していない車両があるか否かを判別する。

ここでは、車両モデル演算部102において制御している車両モデルについて、シミュレーションの現在時刻における車両状態データの更新を行ったか否かを判別し、処理していない車両モデルがあると判断した場合にステップS2809に移行し、全ての車両モデルに対して処理を行ったと判断した場合にはステップS2812に移行する。

ステップS2809において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づく挙動パラメータを更新する。挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件と現在の車両状態データから目標速度及び目標加速度を算出して、これを挙動パラメータとして挙動パラメータ格納部111に格納する。

ステップS2810において、車両挙動推定装置100は、車両の運転者による運転挙動をシミュレーションする。ここでは、運転モデル演算部105が、周囲の交通環境情報や目標経路情報などから、運転者の運転挙動をシミュレーションし、少なくとも挙動パラメータ算出部111で算出された目標速度及び目標加速度に基づいて、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量などの運転挙動を算出する。

ステップS2881において、車両挙動推定装置100は、車体の挙動をシミュレーションする。ここでは、車体運動モデル演算部106が、運転者モデル演算部105により演算された運転挙動に基づいて、車体の運動挙動をシミュレーションし、たとえば、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量に基づいて車両状態データを算出する。

この後、ステップS2808に移行して、全ての車両モデルについて車両状態データの更新処理を行う。

ステップS2812において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻を更新する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻を所定時間Δｔだけインクリメントし、処理をステップS2813に移行させる。

ステップS2813において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であるか否かを判別する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であると判断した場合にはこの処理を終了し、そうでないと判断した場合にはステップS2801に移行する。

ステップS2805において、車両挙動推定装置100は、現在時刻以降の通過時刻を含む制約条件が存在するか否かを判断する。模擬制御部103は、制約条件格納部101に格納された制約条件を検索し、現在時刻以上の通過時刻を含む制約条件が存在すると判断した場合にはステップS2808に移行し、そうでないと判断した場合にはステップS2806に移行する。

ステップS2806において、車両挙動推定装置100は、車両モデルの現在の車両状態データが、制約条件とどの程度充足しているかを判別し、その判別結果を出力する。

ステップS2807において、車両挙動推定装置100は、車両モデルを更新する。車両モデル演算部102は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件の車両モデルを削除し、ステップS2808に移行する。

このように、模擬制御部103は、現在時刻が通過時刻であるような制約条件について、車両モデルとして存在していないものについては、制約条件を満たす値を初期値とした車両モデルを追加する。また、模擬制御部103は、現在時刻が通過時刻であるような制約条件について、車両モデルとして存在しているものであって、現在時刻以降の制約条件が存在するものについて、車両モデルの追加のし直しを行わずに、次の制約条件を満たす挙動を算出する。

このような実施例の場合、現在時刻以降の制約条件が存在する場合には、通過時刻において車両モデルを削除して新たに追加することなく、車両モデルの挙動の連続性を重視した車両挙動のシミュレーションを行うことができる。

〈第３実施形態〉
運転者モデル演算部105は、周辺の交通状況、信号機や交通規制、その他の交通環境を監視して、運転者の運転挙動を演算している。

これとは別に、制約条件を充足するために、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータを周辺の交通環境に応じて修正することが好ましい場合がある。たとえば、車両モデルの前方に位置する信号交差点で停止するか否かで、その後の制約条件の充足状況に影響が出てくる。したがって、前方交差点の信号タイミングに応じて、挙動パラメータを修正することにより、交差点において停止せずに通過する、あるいは交差点において停止するように、車両モデルの挙動を決定することによって、制約条件を充足するように車両モデルを制御できる。

第３実施形態として、交通環境情報に基づいて挙動パラメータを修正する場合について考察する。

図29は、第３実施形態による車両挙動推定装置の機能ブロック図である。

車両挙動推定装置100は、挙動パラメータ算出部101、車両モデル演算部102、模擬制御部103、制約条件格納部110、挙動パラメータ格納部111、車両状態データ格納部112を備えている。

車両挙動推定装置100は、信号機設定データ格納部2901、信号機モデル演算部2902、信号機状態データ格納部2903、挙動パラメータ修正部2904をさらに備えている。

信号機設定データ格納部2901は、信号機の点灯及び点滅の順番と、継続時間に関する信号機設定データを格納している。

信号機モデル演算部2902は、信号機設定データ格納部2901に格納された信号機設定データに基づいて。信号機の点灯及び点滅に係る信号状態データを算出して出力する。

信号機状態データ格納部2903は、信号機モデル演算部2902から出力される信号状態データを格納する。

図30は、信号機設定データ格納部2901に格納された信号機設定データテーブルの一例を示す説明図である。

信号機設定データテーブル3000は、設定ID欄、状態欄、継続時間欄などを含む。

設定ID欄には、信号機の点灯・点滅の順序とその継続時間の組み合わせパターンに対応する設定IDが格納される。

状態欄には、信号機の表示方向と表示色の組み合わせに関する状態情報が格納される。例示したものは、２つの道路が交差する一般的な交差点において、対面する車線に対して同タイミングで赤、黄、青の各信号が点灯するものとし、一方の道路側の信号機をａ側、他方の道路側をｂ側としている。

継続時間欄には、状態欄に格納されている状態の継続時間が格納される。

図30では、赤、青、黄色の点灯の組み合わせとその継続時間を例示しているが、信号の点滅を状態情報とし、その組み合わせについても継続時間とともに格納することもできる。さらに、右折専用信号、直進専用信号、左折専用信号を有する交差点である場合には、これらの信号についても状態情報として格納することができる。さらに、交差点が三叉路である場合、５方向以上の交差点である場合については、表示方向の各組み合わせについてその継続時間とともに設定パターンが格納される。また、歩道者用の信号が存在する場合についても、車両用信号及び歩行者用信号の表示状態、表示方向の組み合わせと継続時間が設定パターンとして格納される。

信号機モデル演算部2902では、交差点に設置された各信号機の設定IDに基づいて、信号機設定データ格納部2901の信号機設定データテーブルを参照し、各信号の表示状態を方向毎に決定して、信号機状態データ格納部2903に格納する。

図31は、信号機状態データ格納部2903に格納される信号機状態データテーブルの一例を示す説明図である。

信号機状態データテーブル3100は、信号機ID欄、状態欄、更新時刻欄、設定欄を含んでいる。

信号機ID欄には、各信号機に設定された識別記号が格納される。

状態欄には、信号機モデル演算部2902で演算された信号機の状態が格納される。

更新時刻欄には、信号機モデル演算部2902で更新された時刻情報が格納される。

設定欄には、信号機IDに対応する信号機に設定された設定IDと、表示方向情報が格納される。

信号モデル演算部2902は、信号機に設定された設定IDに基づいて、表示方向毎に点灯・点滅状態を決定し、その更新時刻とともに信号機状態データ格納部2903に格納する。

挙動パラメータ修正部2904は、信号機状態データ格納部2903に格納されている信号機状態データに基づいて、挙動パラメータ算出部101で算出された挙動パラメータを修正する。

たとえば、挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータを用いると、前方に位置する信号交差点の赤信号で停車することとなり、次の通過時刻に所定地点に到達できないと判断した場合には、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を大きくする修正を行う。また、挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータを用いると、前方に位置する信号交差点を青信号で通過し、目標加速度を最大減速度にしても、次の通過時刻に所定地点を超えてしまうと判断した場合には、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を小さくする修正を行う。

このような挙動パラメータの修正を行う処理について、以下に説明する。

図32は、第３実施形態の車両挙動推定装置100のフローチャートである。

ステップS3201において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件が存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件格納部110に格納された制約条件を検索して、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件がある場合には、ステップS3202に移行し、そうでない場合にはステップS3207に移行する。

ステップS3202において、車両挙動推定装置100は、通過時刻がシミュレーションの現在時刻に一致する制約条件に対応する車両モデルが、既に存在するか否かを判別する。

模擬制御部103は、制約条件が、車両モデル演算部102において制御される車両モデルに対応するものであるか否かを判別して、存在していない場合にはステップS3203に移行し、既に存在している場合にはステップS3205に移行する。

ステップS3203において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づいて車両状態データを設定する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件に基づいて、新たに出現させる車両モデルの車両状態データを設定する。制約条件格納部110に格納されている制約条件中に、所定地点を通過する際の走行速度情報が含まれている場合には、その所定地点の位置情報と走行速度情報を車両状態データの初期値として設定する。

ステップS3204において、車両挙動推定装置100は、新たな車両モデルを追加する。車両モデル演算部102は、制約条件格納部110から取得した制約条件を満たす値を初期値とする車両モデルを追加する。

ステップS3207において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションを実行する各車両について、処理を実行していない車両があるか否かを判別する。

ここでは、車両モデル演算部102において制御している車両モデルについて、シミュレーションの現在時刻における車両状態データの更新を行ったか否かを判別し、処理していない車両モデルがあると判断した場合にステップS3208に移行し、全ての車両モデルに対して処理を行ったと判断した場合にはステップS3212に移行する。

ステップS3208において、車両挙動推定装置100は、制約条件に基づく挙動パラメータを更新する。挙動パラメータ算出部101は、制約条件格納部110に格納されている制約条件と現在の車両状態データから目標速度及び目標加速度を算出して、これを挙動パラメータとして挙動パラメータ格納部111に格納する。

ステップS3209において、車両挙動推定装置100は、信号交差点における停止の必要性を判断して挙動パラメータの修正を行う。

挙動パラメータ修正部2904は、信号機状態データ格納部2903に格納されている信号機状態データを参照し、走行方向前方に位置する信号交差点の信号機状態データを取得する。挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータを用いた場合に、制約条件を充足できなくなるような信号機状態データがあるか否かを判別する。たとえば、挙動パラメータ算出部101が算出した挙動パラメータを用いた場合、前方に位置する信号交差点の赤信号で停車することとなり、次の通過時刻に所定地点に到達できないと判断した場合には、挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を大きくする修正を行う。また、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータを用いると、前方に位置する信号交差点を青信号で通過し、目標加速度を最大減速度にしても、次の通過時刻に所定地点を超えてしまうと判断した場合には、挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を小さくする修正を行う。

ステップS3210において、車両挙動推定装置100は、車両の運転者による運転挙動をシミュレーションする。ここでは、運転者モデル演算部105が、周辺の交通環境情報などから、運転者の運転挙動をシミュレーションし、少なくとも挙動パラメータ算出部111で算出された目標速度及び目標加速度に基づいて、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量などの運転挙動を算出する。

なお、運転者モデル演算部105は、周辺の交通環境情報として、信号機状態データ格納部2903に格納されている信号機状態データを用いることができ、走行方向前方に位置する信号機の状態に応じた運転挙動を算出することができる。

ステップS3211において、車両挙動推定装置100は、車体の挙動をシミュレーションする。ここでは、車体運動モデル演算部106が、運転者モデル演算部105により演算された運転挙動に基づいて、車体の運動挙動をシミュレーションし、たとえば、ステアリング操作量、アクセル・ブレーキ操作量に基づいて車両状態データを算出する。

この後、ステップS3207に移行して、全ての車両モデルについて車両状態データの更新処理を行う。

ステップS3212において、車両挙動推定装置100は、信号機状態データの更新処理を行っていない信号機があるか否かを判断する。信号機モデル演算部2902は、信号機設定データ格納部2901に格納された信号機設定データに基づいて各信号機の点灯・点滅状態を演算するものであって、信号機状態データ格納部2903に格納された信号機状態データのうち、シミュレーションの現在時刻における信号機状態データの更新処理をしていない信号機IDがあれば、ステップS3213に移行し、全ての信号機に対して信号機状態データの更新を終了したと判断した場合にはステップS3214に移行する。

ステップS3213において、車両挙動推定装置100は、信号機状態データ更新処理を行う。信号機モデル演算部2902は、現在対象となっている信号機について、信号機設定データ格納部2901に格納された設定情報に基づいて、現在時刻における信号機状態データを決定し、これに基づいて信号機状態データ格納部2903に格納されている信号機状態データを更新する。

ステップS3214において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻を更新する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻を所定時間Δｔだけインクリメントする。

ステップS3215において、車両挙動推定装置100は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であるか否かを判別する。模擬制御部103は、シミュレーションの現在時刻が終了時刻であると判断した場合にはこの処理を終了し、そうでないと判断した場合にはステップS3201に移行する。

ステップS3205において、車両挙動推定装置100は、車両モデルの現在の車両状態データが、制約条件とどの程度充足しているかを判別し、その判別結果を出力する。

ステップS3206において、車両挙動推定装置100は、車両モデルを更新する。車両モデル演算部102は、シミュレーションの現在時刻に一致する通過時刻を有する制約条件の車両モデルを削除し、ステップS3207に移行する。

図33は、挙動パラメータ修正処理の一例を示すフローチャートである。

ステップS3301において、車両挙動推定装置100は、信号交差点への到達時刻を算出する。挙動パラメータ修正部2904は、挙動パラメータ算出部101が算出する挙動パラメータに基づいて車両モデルが走行した場合に、走行方向前方に位置する信号交差点に車両モデルが到達する時刻を算出する。

ステップS3302において、車両挙動推定装置100は、車両モデルが信号交差点で停止するか否かを判別する。挙動パラメータ修正部2904は、信号機状態データ格納部2903に格納されている信号機状態データ、および信号機設定データ格納部2901に格納されている信号機設定データを参照して、ステップS3301で算出された車両モデルの信号交差点への到達時刻における該当する信号機の状態を調べる。この結果、挙動パラメータ修正部2904は、現在の挙動パラメータで走行すると、信号交差点で停止すると判断した場合にはステップS3302に移行し、信号交差点で停止しないと判断した場合にはステップS3305に移行する。

ステップS3303において、車両挙動推定装置100は、次の通過時刻t₂において所定地点s₂に到達可能か否かを判断する。挙動パラメータ修正部2904は、信号交差点において停止した後、当該信号交差点から次の所定地点s₂までを最大加速度a_max以内の目標加速度として時刻t₂に所定地点t₂に到達できるか否かを判別し、到達できると判断した場合には処理を終了し、到達できないと判断した場合にはステップS3304に移行する。

ステップS3304において、車両挙動推定装置100は、車両モデルが信号交差点に停止しないように挙動パラメータを修正する。挙動パラメータ修正部2904は、走行方向前方に位置する当該車両モデルに対する信号機の状態が赤に変わる前に、車両モデルが信号交差点を通過できるように、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を大きくする。

図34及び図35は、信号交差点に停止しないように挙動パラメータを修正する場合の説明図である。

車両モデルの現在時刻t_cにおける現在位置を位置s_c、制約条件となる次の通過時刻t₂における到達位置を所定地点s₂、信号交差点位置を位置s_sとし、現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離を距離d_cs、交差点位置s_sから所定位置s₂までの距離を距離d_s2とする。

信号交差点における車両モデルに対する信号表示が、赤に変わる時刻を時刻t_r、次に青に変わる時刻を時刻t_bとしている。

この場合、挙動パラメータ修正部2904は、現在の挙動パラメータで走行した場合に交差点位置s_sに到達する時刻が、信号表示が赤に変わる時刻t_rを超えると判断した場合に、次に青信号に変わる時刻t_bから次の通過時刻t₂までの間に所定地点s₂に到達可能か否かを判別する。次に青信号に変わる時刻t_bから次の通過時刻t₂までの間に所定地点s₂に到達できないと判断される条件は以下のうちのいずれかである。

(16) d_s2／（t₂−t_b)＞a_max
(17) t_b＞t₂
(16)式は、信号表示が青に変わる時刻t_bから、最大加速度a_maxを目標加速度として走行しても、信号交差点s_sから所定地点s₂まで到達できない場合を示している。

また、 (17)式は、信号表示が青に変わる時刻t_bが、通過時刻t₂よりも後である場合を示している。

このような場合には、挙動パラメータ修正部2904は、交通法規に沿った範囲で走行速度を速めて、信号交差点における信号表示が赤に変わる時刻t_rよりも前に信号交差点s_sを通過できるように、目標加速度a_t及び目標速度v_tを修正する。挙動パラメータ修正部2904は、目標加速度a_tを最大加速度a_maxとすることができ、目標速度v_tを次の計算式で算出される速度とすることができる。

(18) t_n＝t_c＋（v_t−v_c）/ a_t （ただし、t_n＜t_r）
(19) （t_r−t_n）v_t＋（v_c＋v_t）（t_n−t_c）/２＝d_cs＋α
ここで、走行速度が目標速度v_tに到達する時刻を到達時刻t_nとしており、この到達時刻t_nは、信号交差点における信号表示が赤に変わる時刻t_rよりも前とする。

(19)式に示すように、挙動パラメータ修正部2904は、最大加速度a_maxで加速した場合に、目標速度v_tに到達する時刻を到達時刻t_nとしている。また、挙動パラメータ修正部2904は、現在時刻t_cから到達時刻t_nまで最大加速度a_maxで加速し、その後信号表示が赤に変わる時刻t_rまで目標速度v_tを維持することで、信号表示が赤に変わる時刻t_rまでの走行距離が現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離d_csを超えるように、目標速度v_tを決定する。

目標速度v_tに到達する到達時刻t_nと、信号表示が赤に変わる時刻t_rとの間に十分な時間差がある場合には、(19)式のαの値は０であってもよく、信号交差点を通過後の目標速度及び目標加速度との関係から適宜設定することが可能である。

たとえば、図35に示すように、挙動パラメータ修正部2904は、現在時刻t_cから到達時刻t_nまで、目標加速度a_tを最大加速度a_maxとし、目標速度v_tに到達した後は、信号表示が赤に変わる時刻t_rまでこの速度を維持するようにする。このことにより、現在時刻t_cから信号表示が赤に変わる時刻t_rまでの走行距離は、現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離d_csを超えることとなり、図35における速度を積分した面積はd_cs以上になる。

ステップS3305において、車両挙動推定装置100は、次の通過時刻t₂において所定地点s₂を超えるか否かを判断する。挙動パラメータ修正部2904は、信号交差点において停止せずに通過した場合に、当該信号交差点から次の所定地点s₂までの速度が下限速度v_minを下回るか否かを判断し、下限速度v_minを下回ると判断した場合にはステップS3306に移行し、下限速度v_minを下回らないと判断した場合には処理を終了する。

ステップS3306において、車両挙動推定装置100は、車両モデルが信号交差点に停止するように挙動パラメータを修正する。挙動パラメータ修正部2904は、走行方向前方に位置する信号機の状態が赤に変わった後に、車両モデルが信号交差点に到達するように、挙動パラメータの目標速度、および目標加速度の値を小さくする。

図36及び図37は、信号交差点に停止するように挙動パラメータを修正する場合の説明図である。

車両モデルの現在時刻t_cにおける現在位置を位置s_c、制約条件となる次の通過時刻t₂における到達位置を所定地点s₂、信号交差点位置を位置s_sとし、現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離を距離d_cs、交差点位置s_sから所定位置s₂までの距離を距離d_s2とする。

信号交差点における車両モデルに対する信号表示が、赤に変わる時刻を時刻t_r、次に青に変わる時刻を時刻t_bとしている。

挙動パラメータ修正部2904は、現在の挙動パラメータで走行すると、交差点位置s_sに到達する時刻が、信号表示が赤に変わる時刻t_r前であると判断した場合に、次の通過時刻t₂で所定地点s₂を超えるか否かを判別する。たとえば、次の通過時刻t₂において所定地点s₂を通過するためには、目標速度v_tが下限速度v_minを下回ると判断した場合には、挙動パラメータ修正部2904は、目標加速度及び目標速度を修正する。目標速度v_tが下限速度v_minを下回ると判断される条件の一例は以下の通りである。

(20) d_s2／（t₂−t_r）＜v_min
このような場合、挙動パラメータ修正部2904は、信号交差点における信号表示が赤に変わる時刻t_rよりも後に信号交差点s_sに到達するように、目標加速度a_t及び目標速度v_tを修正する。挙動パラメータ修正部2904は、目標加速度a_tを最大減速度a_minとすることができ、目標速度v_tを次の式で算出される速度とすることができる。

(21) t_n＝t_c＋（v_t−v_c）/ a_t （ただし、t_n＜t_r）
(22) （t_r−t_n）v_t＋（v_c＋v_t）（t_n−t_c）/２＝d_cs−β
ここで、走行速度が目標速度v_tに到達する時刻を到達時刻t_nとしている。

(21)式に示すように、挙動パラメータ修正部2904は、現在速度v_cから最大減速度a_minで減速した場合に目標速度v_tに到達する時刻を達時刻t_nとする。また、挙動パラメータ修正部2904は、現在時刻t_cから到達時刻t_nまで最大減速度a_minで減速し、その後信号表示が赤に変わる時刻t_rまで目標速度v_tを維持することで、信号表示が赤に変わる時刻t_rよりも前に、走行距離が現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離d_csを超えないように、目標速度v_tを決定する。

目標速度v_tに到達する到達時刻t_nと、信号表示が赤に変わる時刻t_rとの間に十分な時間差がある場合には、(21)式のβの値は０であってもよく、適宜設定することが可能である。

たとえば、図37に示すように、挙動パラメータ修正部2904は、現在時刻t_cから到達時刻t_nまで、目標加速度a_tを最大減速度a_minとし、目標速度v_tに到達した後は、信号表示が赤に変わる時刻t_rまでこの速度を維持するようにする。このことにより、現在時刻t_cから信号表示が赤に変わる時刻t_rまでの走行距離は、現在位置s_cから交差点位置s_sまでの距離d_cs以下になり、図35における速度を積分した面積はd_cs以下になる。

なお、信号交差点の前方で渋滞が発生していると判断できるような場合には、挙動パラメータ修正部2904は、下限速度v_min以下になるような場合を許容して、現在の挙動パラメータを修正しないようにすることもできる。渋滞発生の判断条件としては、次の通過速度v₂が所定の閾値以下であるような場合、周辺に存在する車両モデルの密度などを用いることができる。

以上のようにした第３実施形態では、信号機の状態により、制約条件を充足できないような場合には、信号交差点前後の挙動パラメータを修正することによって、制約条件を満たすことができるように車両モデルを制御することができる。挙動パラメータ修正部2904は、信号機状態データの他に、踏み切りの開閉情報、信号機のない交差点からの車両の流入、交差点における歩行者の状態情報、道路上における故障車や事故情報などの情報に基づいて、挙動パラメータの修正を行うことも可能である。

交通状況を可視化して分析し、道路の混雑緩和、CO2排出量の推定などに用いられる交通情報を提供する。

101 挙動パラメータ算出部
102 車両モデル演算部
103 模擬制御部

Claims (13)

1. 複数の所定位置を通過する際の制約条件を用いて、当該所定位置間の車両の位置・時刻・速度の情報を含む車両の挙動を推定する車両挙動推定装置であって、
   各所定位置を通過する車両の時刻及び速度の情報から、各所定位置における時刻及び速度が関連付けられた制約条件を生成して格納する制約情報格納部と、
   現在の車両モデルの位置を基準とした次の所定位置における制約条件と現在の車両モデルの位置及び速度とに基づいて、次の所定位置の制約条件を満たすように目標速度及び目標加速度を含む情報を挙動パラメータとして算出する挙動パラメータ算出部と、
   前記挙動パラメータに基づいて前記車両モデルの挙動を決定する車両モデル演算部と、
   前記挙動パラメータ算出部及び前記車両モデル演算部における処理を所定時間間隔で実
   行させる模擬制御部と、
   を含む車両挙動推定装置。
2. 前記車両モデル演算部は、
   前記挙動パラメータに基づいて運転者の運転挙動を決定する運転者モデル演算部と、
   前記挙動パラメータと前記運転者の運転挙動に基づいて車体の物理的挙動を決定する車体運動モデル演算部と、
   を備える請求項１に記載の車両挙動推定装置。
3. 前記車両モデルが所定地点を通過する際の通過時刻及びそのときの走行速度のうちの少なくとも１つを含む制約条件を格納する制約条件格納部と、
   前記挙動パラメータ算出部により算出された挙動パラメータを格納する挙動パラメータ格納部と、
   前記車両モデル演算部により出力される車両状態データを格納する車両状態データ格納部と、
   をさらに備える、請求項１または２に記載の車両挙動推定装置。
4. 前記挙動パラメータ算出部は、前記制約条件格納部に格納された少なくとも２つの所定地点における制約条件を用いて前記挙動パラメータを算出する、請求項３に記載の車両挙動推定装置。
5. 前記挙動パラメータ算出部は、前記挙動パラメータとして、前記車両モデルの目標加速度及び目標速度のうち少なくとも１つを算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の車両挙動推定装置。
6. 前記制約条件は、前記車両モデルが所定地点を通過する際に、複数のレーンを備える道路のいずれのレーンを走行しているかの通過レーン情報を含み、
   前記挙動パラメータ算出部は、前記制約条件に含まれる通過レーン情報に基づいて、目標レーン情報を挙動パラメータとして算出する、請求項１〜５のいずれかに記載の車両挙動推定装置。
7. 前記車両モデル演算部により出力される車両状態データが、前記制約条件をどの程度満たすかの制約条件充足度を算出して出力する制約条件充足状況出力部をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載の車両挙動推定装置。
8. 信号機、踏切、横断歩道の状態情報のうち少なくとも１つに基づいて、前記挙動パラメータ算出部が算出した挙動パラメータを修正する挙動パラメータ修正部をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の車両挙動推定装置。
9. 複数の観測位置を通過する車両の時刻及び速度の情報から、各観測位置における車両の時刻及び速度が関連付けられた制約条件を記憶する制約条件格納部と、
   車両モデルの目標速度と目標加速度を含む挙動パラメータを記憶する挙動パラメータ格
   納部と、
   車両モデルの位置と速度を含む車両状態データを記憶する車両状態データ格納部と、
   前記挙動パラメータに含まれる目標速度と目標加速度から車両モデルの模擬時刻におけ
   る位置及び速度の情報を含む車両状態データを演算する車両モデル演算部と、
   次の所定位置における制約条件と模擬時刻における車両モデルの位置及び速度とに基づいて、次の所定位置の制約条件を満たすように、前記模擬時刻における目標速度及び目標加速度を含む情報を挙動パラメータとして算出する挙動パラメータ算出部と、
   前記制約条件の初期時刻から終了時刻まで、車両モデル演算部と挙動パラメータ算出部との演算に用いられる前記模擬時刻を順次生成し、車両モデル演算部と挙動パラメータ算出部の処理を実行させる模擬制御部と、
   前記観測位置間の車両の位置・時刻・速度の情報を含む挙動を推定する手段と、
   を有する、車両挙動推定装置。
10. 前記模擬制御部は、
    前記模擬時刻を生成し、
    前記模擬時刻と観測時刻とが一致する制約条件が存在し、当該制約条件に対応する車両モデルが存在する場合は、当該車両モデルを削除し、
    前記模擬時刻と観測時刻とが一致する制約条件が存在し、当該制約条件に対応する車両モデルが存在しない場合は、当該車両モデルを追加し、
    演算していない車両モデルがあれば、挙動パラメータ算出部と、車両モデル演算部とを動作させて当該車両モデルの資料状態データを演算させ、
    演算していない車両モデルがなければ、前記模擬時刻を更新する請求項９記載の車両挙動推定装置。
11. 前記挙動パラメータ算出部は、
    前記制約条件に含まれる速度と前記車両状態データに含まれる速度から目標加速度を算出し、
    当該目標加速度で前記制約条件に含まれる速度に達する時刻と、前記制約条件に含まれる観測時刻とを比較し、当該観測時刻以内に到達するかどうかを判断し、
    前記比較で到達すると判断し、前記算出した目標加速度が最大減速度と最大加速度との範囲内であれば、前記制約条件に含まれる速度と、前記算出した目標加速度とを挙動パラメータの目標速度と目標加速度として更新し、
    前記比較で到達すると判断し、前記算出した目標加速度が最大減速度と最大加速度との範囲外であれば、最大減速度または最大加速度から目標速度を算出し、当該算出した目標速度と、最大減速度または最大加速度のうち当該目標速度方向の値とを挙動パラメータの目標速度と目標加速度として更新し、
    前記比較で到達しないと判断し、前記車両状態データに含まれる速度を維持して制約条件を充足できる場合は、前記車両状態データに含まれる速度と、目標加速度０とを挙動パラメータの目標速度と目標加速度として更新し、
    前記比較で到達しないと判断し、前記車両状態データに含まれる速度を維持して制約条件を充足できない場合は、最大減速度または最大加速度のうち前記制約条件に含まれる速度とは逆方向の値を挙動パラメータの目標加速度として更新し、当該目標加速度を用いて求められる目標速度を挙動パラメータの目標速度として更新する請求項９記載の車両挙動推定装置。
12. 複数の所定位置を通過する際の制約条件を用いて、当該所定位置間の車両の位置・時刻・速度の情報を含む車両の挙動を推定する車両挙動推定装置のコンピュータに用いられるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    各所定位置を通過する車両の時刻及び速度の情報から、各所定位置における時刻及び速度が関連付けられた制約条件を生成して記憶領域に格納する手段、
    現在の車両モデルの位置を基準とした次の所定位置における制約条件と現在の車両モデルの位置及び速度とに基づいて、次の所定位置の制約条件を満たすように目標速度及び目標加速度を含む情報を挙動パラメータとして算出する手段、
    前記挙動パラメータに基づいて前記車両モデルの挙動を決定する手段、
    前記挙動パラメータの算出及び前記車両モデルの挙動の決定を所定時間間隔で実行する手段、
    として実現させるプログラム。
13. 複数の所定位置を通過する際の制約条件を用いて、当該所定位置間の車両の位置・時刻・速度の情報を含む車両の挙動を推定する車両挙動推定装置に用いられる車両挙動推定方法であって、
    前記車両挙動推定装置が、
    各所定位置を通過する車両の時刻及び速度の情報から、各所定位置における時刻及び速度が関連付けられた制約条件を生成して記憶領域に格納し、
    現在の車両モデルの位置を基準とした次の所定位置における制約条件と現在の車両モデルの位置及び速度とに基づいて、次の所定位置の制約条件を満たすように目標速度及び目標加速度を含む情報を挙動パラメータとして算出し、
    前記挙動パラメータに基づいて前記車両モデルの挙動を決定し、
    前記挙動パラメータの算出及び前記車両モデルの挙動の決定を所定時間間隔で実行する、
    車両挙動推定方法。