JP5799688B2 - 車両の操舵支援装置及び操舵支援方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載されている操舵支援装置は、現在及び将来的に予測される障害物へ接触する可能性を、障害物と自車両との間の相対運動に応じて設定することにより、障害物の回避に最適な走行経路を自車両が走行するための技術である。ここで、障害物の回避に最適な走行経路を自車両が走行するためには、操舵輪にトルクを出力する操舵制御を行う。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、操舵支援トルクの急激な変化や断続的な変化を抑制することが可能な、車両の操舵支援装置及び操舵支援方法を提供することを課題とする。
ここで、上記の誘導経路は、自車両の走行路において自車両が走行すべき経路であり、誘導姿勢角、誘導横位置、自車両の現在の姿勢角、横位置及びヨーレートに基づいて生成する。また、誘導姿勢角は、自車両が走行する走行路において自車両が通過する目標位置である目標通過位置へ到達するまでに、自車両が目標とする姿勢角であり、誘導横位置は、目標通過位置へ到達するまでに、自車両が目標とする横位置である。
このため、自車両が現在位置から目標通過位置へ到達するまで、操舵支援トルクを連続的に変化させることが可能となり、曲率の急激な変化や断続的な変化を抑制して生成した誘導経路を、自車両に走行させることが可能となる。
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1は、本実施形態の操舵支援装置1の構成を示すブロック図である。
図1中に示すように、本実施形態の操舵支援装置1は、走行路検出部2と、障害物検出部4と、目標通過位置検出部6と、自車姿勢角検出部8と、自車位置検出部10と、道路曲率検出部12と、ヨーレート検出部14を備える。これに加え、本実施形態の操舵支援装置1は、誘導状態算出部16と、誘導経路生成部18と、操舵角センサ20と、目標操舵角算出部22と、操舵角偏差算出部24を備える。さらに、本実施形態の操舵支援装置1は、操舵支援トルク算出部26と、操舵角速度センサ28と、操舵支援トルク減衰回路30と、操舵支援トルク出力部32を備える。
ここで、走行路検出部2がエッジ検出等を行う対象とは、具体的に、走行車線の境界を示す路上の白線(車線区分線)や、走行路の側壁、ガードレールである。
目標通過位置検出部6は、走行路検出部2及び障害物検出部4が出力した情報信号に基づき、走行路検出部2が検出した走行路において自車両が通過する目標位置である目標通過位置を検出する。そして、検出した目標通過位置を含む情報信号を、誘導状態算出部16及び誘導経路生成部18へ出力する。
なお、図2は、走行路における自車両Cと障害物Bとの位置関係を示す図である。また、図2中では、障害物Bとして、路上に存在する二台の他車両(小型車両B1、大型車両B2)と、走行路の側壁(車幅方向右側の側壁B3、車幅方向左側の側壁B4)を示す。さらに、図2中では、当初の位置(例えば、目標通過位置の検出を開始する位置)における自車両Cを、符号「Ca」で示し、当初の位置から移動した位置における自車両Cを、符号「Cb」で示す。
なお、図2中では、当初の位置で自車両Caを中心とする所定半径Dの範囲内で検出した最狭部Nを、符号「N1」で示し、自車両Caを中心とする所定半径Dの範囲内で検出した中心位置Pを、符号「P1」で示す。また、図2中では、当初の位置から移動した位置で自車両Cbを中心とする所定半径Dの範囲内で検出した最狭部Nを、符号「N2」で示し、自車両Cbを中心とする所定半径Dの範囲内で検出した中心位置Pを、符号「P2」で示す。さらに、図2中では、自車両Caを中心とする所定半径Dの領域を示す境界線を、符号「DLa」で示し、自車両Cbを中心とする所定半径Dの領域を示す境界線を、符号「DLb」で示す。
具体的には、図3中に示すように、車速がV1(例えば、10[km/h])以下の領域では、所定半径DをD1(例えば、3[m])に設定する。そして、車速がV1を超える領域(例えば、10[km/h]を超える速度域)では、車速の増加に応じて、所定半径Dを増加(例えば、3[m]を超える距離で増加)させる。
自車姿勢角検出部8は、例えば、Gセンサ(加速度センサ)を用いて形成し、自車両の現在の姿勢角を検出する。そして、自車姿勢角検出部8は、検出した現在の姿勢角を含む情報信号を、誘導状態算出部16及び誘導経路生成部18へ出力する。
ヨーレート検出部14は、例えば、ジャイロスコープ(gyroscope)等、ヨーレート(Yaw Rate)を検出可能なセンサを用いて形成し、自車両の現在のヨーレートを検出する。そして、ヨーレート検出部14は、検出した現在のヨーレートを含む情報信号を、誘導経路生成部18へ出力する。
ここで、誘導姿勢角は、目標通過位置検出部6が検出した目標通過位置へ到達するまでに自車両Cが目標とする姿勢角である。また、誘導横位置は、目標通過位置検出部6が検出した目標通過位置へ到達するまでに自車両Cが目標とする横位置である。
また、誘導横位置の算出は、例えば、誘導横位置の算出時における自車両Cの横位置と目標通過位置における自車両Cの横位置との偏差が少なくなるように行う。
ここで、誘導経路は、走行路検出部2が検出した走行路において、自車両Cが走行すべき経路である。
誘導経路の生成は、以下の式(1)を用いて算出する経路曲率k(s)と、以下の式(2)を用いて算出する姿勢角φ(s)と、以下の式(3)を用いて算出する横位置x(s)に基づいて行う。
また、上記の式(1)〜(3)中のλ(λ1、λ2、λ3)は、経路係数(誘導経路の生成に用いる係数)であり、以下の式(4)で算出する。
ここで、式(1)〜(3)中のλは、誘導位置における経路曲率k(y)=0、誘導位置における姿勢角φ(y)=0、誘導位置における横位置x(y)=ζとして算出する。
s=T×V …(5)
ここで、上記の式(5)中では、T:誘導距離の算出時間、V:自車両Cの車速である。
そして、誘導経路生成部18は、上述した式(1)〜(5)を用いて、上記の誘導点を複数箇所算出し、これらの算出した誘導点の連続した集合により形成した線を、誘導経路として生成する。
操舵角センサ20は、例えば、操舵輪を回転可能に支持するステアリングコラムに設ける。また、操舵角センサ20は、自車両Cの運転者による、操舵輪の現在の回転角度(操舵操作量)である現在操舵角を検出する。そして、操舵角センサ20は、検出した操舵輪の現在操舵角を含む情報信号を、目標操舵角算出部22及び操舵角偏差算出部24へ出力する。なお、以下の説明では、現在操舵角を、「現在操舵角θ」と記載する場合がある。
目標操舵角算出部22は、誘導経路生成部18及び操舵角センサ20が出力した情報信号に基づき、目標操舵角を算出する。そして、目標操舵角算出部22は、算出した目標操舵角を含む情報信号を、操舵角偏差算出部24へ出力する。なお、以下の説明では、目標操舵角を、「目標操舵角θ*」と記載する場合がある。
目標操舵角θ*を算出する際には、例えば、走行路上における自車両Cの現在位置と、現在位置における操舵輪の回転角度から、上述した誘導点に到達するために必要な操舵角を算出する。そして、この算出した操舵角を、目標操舵角θ*とする。
なお、車両運動モデルとは、例えば、自車両Cの走行時における、操舵角と速度(車速)に応じて生じる車両の運動(ヨーレート等)を示すモデルであり、車両に個別のパラメータである。
ここで、操舵角偏差とは、目標操舵角算出部22が算出した目標操舵角θ*と操舵角センサ20が検出した現在操舵角θとの差分である。なお、以下の説明では、操舵角偏差を、「操舵角偏差δθ」と記載する場合がある。
δθ=θ−θ* … (6)
操舵支援トルク算出部26は、操舵角偏差算出部24が出力した情報信号に基づき、トルク指令信号を算出する。そして、操舵支援トルク算出部26は、算出したトルク指令信号を含む情報信号を、操舵支援トルク減衰回路30へ出力する。
本実施形態では、一例として、トルク指令値Toを、以下に示す式(7)を用いて算出する場合について説明する。
To=Z×δθ=Z×(θ−θ*) … (7)
T=(θ−θ*)×θ’+To … (8)
したがって、本実施形態の操舵支援トルク減衰回路30は、操舵角速度θ’に応じて、トルク指令値To(トルク指令信号)の減衰度合いが変化するように、減衰指令信号Tを算出する。
操舵支援トルク出力部32は、公知の電動パワーステアリング(Electric Power Steering)であり、操舵輪へ操舵支援トルクを出力可能な電動モータを有する。
なお、操舵支援トルク出力部32が行なう電動モータの制御は、一般的に、電動モータへ供給する電流を制御して行う。したがって、本実施形態においても、電動モータへ供給する電流を制御して電動モータの制御を行い、トルク減衰指令値Tに相当する操舵支援トルクを、操舵輪へ出力する。
次に、図1から図3を参照しつつ、図4及び図5を用いて、本実施形態の操舵支援装置1が行なう動作の一例について説明する。
図4は、本実施形態の操舵支援装置1が行う処理を示すフローチャートである。
図4中に示すフローチャートは、自車両Cが走行しており、自車両Cの運転者によって、操舵支援装置1を作動させるスイッチが操作(ON)された状態からスタートする(図4中に示す「START」)。
ステップS102では、自車姿勢角検出部8により、自車両Cの現在の姿勢角を検出(ステップS102に示す「車両姿勢角の検出」)する。これに加え、ステップS102では、ヨーレート検出部14により、自車両Cの現在のヨーレートを検出する。
ステップS116では、誘導経路生成部18により、経路係数λ(λ1、λ2、λ3)を算出(ステップS116に示す「経路係数(λ1、λ2、λ3)の算出」)する。ステップS116において、経路係数λを算出すると、操舵支援装置1が行う処理は、ステップS118へ移行する。
ステップS120では、誘導経路生成部18により、複数箇所の誘導点の連続した集合により形成した線を、誘導経路として生成(ステップS120に示す「誘導経路の生成」)する。ステップS120において、誘導経路を生成すると、操舵支援装置1が行う処理は、ステップS122へ移行する。
トルク減衰指令値Tに相当する操舵支援トルクを操舵輪へ出力すると、自車両Cが誘導経路を走行するための操舵支援トルクが出力された操舵輪を、運転者が操舵することとなる。
ステップS122において電動モータを制御し、トルク減衰指令値Tに相当する操舵支援トルクを操舵輪へ出力すると、操舵支援装置1が行う処理は、ステップS100の処理に復帰(図4中に示す「RETURN」)する。
(1)誘導経路生成部18が、誘導姿勢角、誘導横位置、自車両Cの現在の姿勢角、横位置及びヨーレートに基づいて、自車両の走行路において自車両が走行すべき誘導経路を生成する。
このため、走行する自車両Cが現在位置から目標通過位置へ到達するまでの間、操舵支援トルクを連続的に変化させることが可能となる。
その結果、曲率の急激な変化や断続的な変化を抑制して生成した誘導経路Rを、自車両Cに走行させることが可能となる。
また、操舵角の変化が、障害物の形状に影響されることを抑制することが可能となるため、走行中の運転者が操舵角を保持したい場合であっても、操舵角の変化を抑制することが可能となる。
その結果、走行路上において自車両Cが障害物へ接触する可能性が高い位置における、自車両Cの横位置と姿勢角を、適正な状態に誘導することが可能となるため、自車両Cが障害物へ接触する可能性を低減することが可能となる。
これにより、操舵輪に対する操舵支援トルクの出力が遅延することを、抑制することが可能となり、操舵制御のレスポンスを向上させることが可能となる。
その結果、例えば、自車両Cの車速Vに応じた範囲等、運転者が意識しやすい範囲内で目標通過位置を検出することが可能となり、所定半径Dを設定しない場合と比較して、操舵支援トルクの急激な変化や断続的な変化を、さらに抑制することが可能となる。
その結果、実時間(Real Time)で目標通過位置を検出した上で、実時間で操舵支援トルクを算出するため、所定時間間隔で処理を行わない場合と比較して、操舵支援トルクの急激な変化や断続的な変化を、さらに抑制することが可能となる。
その結果、誘導姿勢角、誘導横位置、自車両Cの現在の姿勢角、横位置及びヨーレートに基づいて、連続的な曲線状の誘導経路を生成することが可能となる。
このため、走行する自車両Cが現在位置から目標通過位置へ到達するまでの間、操舵支援トルクを連続的に変化させることが可能となる。
その結果、曲率の急激な変化や断続的な変化を抑制して生成した誘導経路Rを、自車両Cに走行させることが可能となる。これに加え、操舵角の変化が、障害物の形状に影響されることを抑制することが可能となるため、走行中の運転者が操舵角を保持したい場合であっても、操舵角の変化を抑制することが可能となる。
(1)本実施形態の操舵支援装置1では、目標通過位置検出部6が、目標通過位置として、自車両Cが通過可能であり且つ幅が最小の部分である最狭部Nの、幅方向の中心位置Pを検出したが、目標通過位置は、これに限定するものではない。すなわち、例えば、最狭部Nの幅が、自車両Cが通過可能な幅に対して大きな余裕がある場合等は、目標通過位置として、最狭部Nの、幅方向の中心位置Pよりも車幅方向へオフセットした位置を検出してもよい。
すなわち、例えば、操舵支援装置1の構成を、自車両Cの車両前後方向の前面に配置して、自車両Cの車両前後方向前方に対してレーザーを照射するレーザーセンサを備えた構成とする。そして、レーザーセンサにより、レーザーの照射と、レーザーの照射後に走行経路上の障害物等により反射されたレーザーの受信を行い、レーザーを照射及び受信した時間により、走行路や障害物を検出可能な構成としてもよい。
2 走行路検出部
4 障害物検出部
6 目標通過位置検出部
8 自車姿勢角検出部
10 自車位置検出部
12 道路曲率検出部
14 ヨーレート検出部
16 誘導状態算出部
18 誘導経路生成部
20 操舵角センサ
22 目標操舵角算出部
24 操舵角偏差算出部
26 操舵支援トルク算出部
28 操舵角速度センサ
30 操舵支援トルク減衰回路
32 操舵支援トルク出力部
C 自車両
N 最狭部
P 最狭部Nのうち、幅方向の中心位置
B 障害物
D 所定半径
Claims (3)
- 自車両が走行する走行路を検出する走行路検出部と、
前記検出した走行路において前記自車両が通過する目標位置である目標通過位置を検出する目標通過位置検出部と、
前記検出した目標通過位置へ到達するまでに前記自車両が目標とする姿勢角である誘導姿勢角を算出する誘導姿勢角算出部と、
前記検出した目標通過位置へ到達するまでに前記自車両が目標とする横位置である誘導横位置を算出する誘導横位置算出部と、
前記自車両の現在の姿勢角を検出する現在姿勢角検出部と、
前記自車両の現在の横位置を検出する現在横位置検出部と、
前記自車両の現在のヨーレートを検出するヨーレート検出部と、
前記算出した誘導姿勢角、前記算出した誘導横位置、前記検出した姿勢角、前記検出した横位置及び前記検出したヨーレートに基づき、前記検出した走行路において前記自車両が走行すべき経路である誘導経路を生成する誘導経路生成部と、
前記生成した誘導経路を前記自車両が走行するために操舵輪の目標とする回転角度である目標操舵角を算出する目標操舵角算出部と、
前記操舵輪の現在の回転角度である現在操舵角を検出する現在操舵角検出部と、
前記算出した目標操舵角と前記検出した現在操舵角との差分である操舵角偏差を算出する操舵角偏差算出部と、
前記算出した操舵角偏差を縮小させるための操舵支援トルクを算出する操舵支援トルク算出部と、
前記算出した操舵支援トルクを前記操舵輪へ出力する操舵支援トルク出力部と、
前記自車両を中心とする予め設定した所定半径の範囲内で前記走行路上に存在する障害物を検出する障害物検出部と、を備え、
前記目標通過位置検出部は、前記検出した障害物に対し、前記障害物の側方で前記自車両が通過可能であり且つ幅が最小の部分である最狭部のうち、前記自車両の車幅方向の中心位置を、前記目標通過位置として検出し、
前記誘導経路生成部は、前記検出した目標通過位置を用いて算出した誘導距離を用いて複数箇所の誘導点を算出し、さらに、前記算出した複数箇所の誘導点の連続した集合により形成した線を、前記誘導経路として生成することを特徴とする車両の操舵支援装置。 - 前記目標通過位置検出部は、予め設定した第一所定時間間隔で前記目標通過位置を検出し、
前記操舵支援トルク算出部は、予め設定した第二所定時間間隔で前記操舵支援トルクを算出することを特徴とする請求項1に記載した車両の操舵支援装置。 - 自車両が走行する走行路において前記自車両が通過する目標位置である目標通過位置を検出する目標通過位置検出ステップと、
前記検出した目標通過位置へ到達するまでに前記自車両が目標とする姿勢角である誘導姿勢角を算出する誘導姿勢角算出ステップと、
前記検出した目標通過位置へ到達するまでに前記自車両が目標とする横位置である誘導横位置を算出する誘導横位置算出ステップと、
前記算出した誘導姿勢角、前記算出した誘導横位置、前記自車両の現在の姿勢角、前記自車両の現在の横位置、前記自車両の現在のヨーレートに基づき、前記走行路において前記自車両が走行すべき経路である誘導経路を生成する誘導経路生成ステップと、
前記生成した誘導経路を前記自車両が走行するために操舵輪の目標とする回転角度である目標操舵角を算出する目標操舵角算出ステップと、
前記算出した目標操舵角と前記操舵輪の現在の回転角度である現在操舵角との差分である操舵角偏差を算出する操舵角偏差算出ステップと、
前記算出した操舵角偏差を縮小させるための操舵支援トルクを算出する操舵支援トルク算出ステップと、
前記算出した操舵支援トルクを前記操舵輪へ出力する操舵支援トルク出力ステップと、
前記自車両を中心とする予め設定した所定半径の範囲内で前記走行路上に存在する障害物を検出する障害物検出ステップと、を有し、
前記目標通過位置検出ステップでは、前記障害物検出ステップで検出した障害物に対し、前記障害物の側方で前記自車両が通過可能であり且つ幅が最小の部分である最狭部のうち、前記自車両の車幅方向の中心位置を、前記目標通過位置として検出し、
前記誘導経路生成ステップでは、前記目標通過位置検出ステップで検出した目標通過位置を用いて複数箇所の誘導点を算出し、さらに、前記算出した複数箇所の誘導点の連続した集合により形成した線を、前記誘導経路として生成することを特徴とする車両の操舵支援方法。
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