JP6705414B2 - 動作範囲決定装置 - Google Patents

Description

本開示は、動作範囲決定装置に関する。

特許文献１は、車両の自動運転を行う装置を開示する。この装置は、レーン境界線の検出状態を示す値と自動運転安定度との関係、及び、レーン境界線の現在の検出結果に基づいて、自動運転安定度を算出する。そして、この装置は、レーン境界線の検出ができないときは、自動運転安定度を０、つまり、自動運転が不能であると決定する。

特開２００１−１９９２９５号公報

特許文献１記載の装置において、車両が自動でレーンをキープする自動運転の実行可否は、レーン境界線の検出の有無に応じて決定されている。ところで、自動運転を実行する車両は、レーンキープ以外にも、追従走行、追い越し、割り込みなどの種々の動作を行うことを要請されている。このような動作の実行可否については、自動運転車両と周辺の移動物体との相互関係を考慮する必要がある。このため、レーン境界線の検出結果のみで判定する特許文献１記載の装置では、移動物体を考慮した自動運転の実行可否を適切に判定することができない場合がある。

本技術分野では、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる動作範囲決定装置が望まれている。

本開示の一態様は、車両の自動運転を行う自動運転システムの動作範囲を決定するための動作範囲決定装置であって、車両の位置を推定する位置推定部と、速度に関する制限と位置とが関連付けられた交通地図データベースと、位置推定部により推定された車両の位置と交通地図データベースとに基づいて速度に関する制限を取得するルール取得部と、ルール取得部により取得された速度に関する制限に基づいて、予め定められた自動運転を実行するために移動物体を事前検知しなければならない距離である要求検知距離を算出する要求値算出部と、車両の物体検出センサの検出結果に基づいて、検出可能距離を算出する距離測定部と、検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システムが動作範囲内であると決定する決定部と、を備える。

本開示の一形態に係る動作範囲決定装置においては、速度に関する制限と位置とが関連付けられた交通地図データベースから、車両の位置を用いて速度に関する制限が取得される。そして、速度に関する制限に基づいて、要求検知距離が算出される。このように、この装置は、移動物体が速度に関する制限を遵守することを前提とすることで要求検知距離を決定することができる。そして、測定された検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システムは動作範囲内であることが決定される。このように、この装置は、要求検知距離と測定結果とを用いて、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる。

一実施形態においては、要求値算出部は、車両及び移動物体がルール取得部により取得された速度に関する制限内で最も速く走行すると仮定して、要求検知距離を算出してもよい。この場合、この装置は、要求検知距離の最大値を算出することができる。よって、この装置は、最も厳しい条件で自動運転の動作範囲を決定することができる。

一実施形態においては、要求値算出部は、決定部により自動運転システムが動作範囲内でないと決定された場合には、車両の上限速度を所定速度だけ小さくした速度に変更して要求検知距離を再度算出してもよい。この場合、この装置は、要求検知距離が小さくなるように変更することができる。よって、この装置は、車両の速度の条件を低く変更して自動運転の動作範囲を狭く決定することができる。

本開示の他の一態様は、車両の自動運転を行う自動運転システムの動作範囲を決定するための動作範囲決定装置であって、車両の位置を推定する位置推定部と、予め定められた自動運転を実行するために移動物体を事前検知しなければならない距離である要求検知距離と位置とが関連付けられた地図データベースと、位置推定部により推定された車両の位置と地図データベースとに基づいて、要求検知距離を取得する取得部と、車両の物体検出センサの検出結果に基づいて、検出可能距離を算出する距離測定部と、検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システムが動作範囲内であると決定する決定部と、を備える。

本開示の他の態様に係る動作範囲決定装置においては、要求検知距離と位置とが関連付けられた地図データベースから、車両の位置を用いて要求検知距離が取得される。そして、測定された検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システムが動作範囲内であると決定される。このように、この装置は、要求検知距離と測定結果とを用いて、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる。

本開示の種々の態様によれば、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる。

図１は、第一実施形態に係る動作範囲決定装置を備えた車両の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、要求距離算出処理の一例を説明する図である。 図３は、動作範囲決定処理の一例を示すフローチャートである。 図４は、動作範囲外となった場合における動作範囲決定処理の一例を示すフローチャートである。 図５は、第二実施形態に係る動作範囲決定装置を備えた車両の構成の一例を示すブロック図である。 図６は、要求距離算出処理の一例を説明する図である。

以下、図面を参照して、例示的な実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

［技術思想］
車両制御を自動で行う自動運転システムは、車両が自動車専用道路を走行する場合を主眼として開発されてきた。このような自動運転システムは、自動車専用道路において動作することを意味する。つまり、自動運転システムの動作範囲（ODD:operation design domain）は、車両が自動車専用道路を走行する場合に限られ得る。ここで、動作範囲とは、自動運転システムが設計どおりに動作する範囲である。

しかしながら、自動運転システムの進歩に伴い、道路区画によって定められた動作範囲は無くなりつつある。このため、自動運転システムの動作範囲を定める新たな手法が必要になっている。本開示に係る動作範囲決定装置は、上述した課題の少なくとも一つを解決する。

［第一実施形態］
（自動運転システムの構成）
図１は、第一実施形態に係る動作範囲決定装置１を備えた車両２の構成の一例を示すブロック図である。図１に示されるように、乗用車などの車両２には、自動運転システム３が搭載されている。動作範囲決定装置１は、自動運転システム３の一部を構成している。

自動運転システム３は、車両２の自動運転を実行する。自動運転とは、予め設定された目的地に向かって自動で車両２を走行させる車両制御である。目的地は、運転者などの乗員が設定してもよく、自動運転システム３が自動で設定してもよい。自動運転では、運転者が運転操作を行う必要が無く、自動で車両２が走行する。

自動運転システム３は、ＧＰＳ受信部２０、外部センサ２１（物体検出センサの一例）、内部センサ２２、地図データベース２３（交通地図データベースの一例）、自動運転ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４、ＨＭＩ（Human Machine Interface）２５、アクチュエータ２６及びＥＣＵ２７を備えている。ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信回路などを有する電子制御ユニットである。

ＧＰＳ受信部２０は、３個以上のＧＰＳ衛星から信号を受信することにより、車両２の位置（例えば車両２の緯度及び経度）を測定する。

外部センサ２１は、車両２の周辺の状況を検出する検出機器である。外部センサ２１は、カメラ及びレーダセンサのうち少なくとも一つを含む。カメラは、車両２の外部状況を撮像する撮像機器である。カメラは、一例として、車両２のフロントガラスの裏側に設けられている。カメラは、単眼カメラであってもよく、ステレオカメラであってもよい。ステレオカメラは、両眼視差を再現するように配置された二つの撮像部を有する。

レーダセンサは、電波（例えばミリ波）又は光を利用して車両２の周辺の物体を検出する検出機器である。レーダセンサは、電波又は光を車両２の周辺に送信し、物体で反射された電波又は光を受信することで物体を検出する。レーダセンサは、一例として、ミリ波レーダ及びライダー（LIDAR：Light Detection and Ranging）のうち少なくとも一つを含む。

外部センサ２１は、検出対象ごとに用意されてもよい。例えば、外部センサ２１は、物体検出用のセンサと、特定の物体を検出するために用意された専用センサとを備えてもよい。専用センサは、一例として、信号機を検出するためのカメラである。その場合、信号機及び信号状態は、カメラにより取得された画像の色情報（例えば輝度）及び/又は画像の形状（例えばハフ変換の利用など）を用いたテンプレートマッチングによって検出される。信号機の検出精度を向上するために、後述の地図情報が利用されてもよい。

内部センサ２２は、車両２の走行状態を検出する検出機器である。内部センサ２２は、車速センサ、加速度センサ及びヨーレートセンサを含む。車速センサは、車両２の速度を検出する検出器である。車速センサとしては、例えば、車両２の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフトなどに対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。

加速度センサは、車両２の加速度を検出する検出器である。加速度センサは、車両２の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサと、車両２の加速度を検出する横加速度センサとを含んでもよい。ヨーレートセンサは、車両２の重心の鉛直軸周りのヨーレート（回転角速度）を検出する検出器である。ヨーレートセンサとしては、例えばジャイロセンサを用いることができる。

地図データベース２３は、地図情報を記憶する記憶装置である。地図データベース２３は、例えば、車両２に搭載されたＨＤＤ（Hard Disk Drive）内に格納される。地図データベース２３は、地図情報として、複数の地図を含むことができる。

例示的な地図は、交通ルール地図（Traffic Rule Map）である。交通ルール地図は、交通ルールと地図上の位置情報とが関連付けられた三次元データベースである。交通ルール地図は、レーンの位置及びレーンの接続形態を含んでおり、各レーンに対して交通ルールが関連付けられている。交通ルールは、速度に関する制限を含む。つまり、交通ルール地図は、速度に関する制限と位置とが関連付けられたデータベースである。速度に関する制限は、制限速度を含む。また、速度に関する制限は、制限速度に到達するまでの標準加速度、停止するまでの標準加速度などを含んでもよい。交通ルールには、優先道路、一時停止、進入禁止、一方通行などの他の一般的なルールを含んでもよい。

地図情報は、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術を使用するために外部センサ２１の出力信号を含ませた地図を含んでもよい。例示的な地図は、車両２の位置認識に利用される位置確認情報（Localization Knowledge）である。位置確認情報は、特徴点と位置座標とが関連付けられた三次元データである。特徴点とは、ライダーなどの検出結果において高い反射率を示す点、特徴的なエッジを生み出す形状の構造物（例えば、標識の外形、ポール、縁石）などである。

地図情報は、背景情報（Background Knowledge）を含んでもよい。背景情報は、地図上の位置が変化しない静止した物体（静止物体）として存在する三次元物体をボクセルで表現した地図である。

地図情報は、信号機の三次元の位置データである信号機位置（Traffic Light Location）を含んでもよい。地図情報は、地面の高低などに関する地面データである地表情報（Surface Knowledge）を含んでもよい。地図情報は、道路上に定義される好ましい走行軌跡を表現したデータである軌跡情報（Trajectory Knowledge）を含んでもよい。

地図データベース２３に含まれる地図情報の一部は、地図データベース２３が記憶されたＨＤＤとは異なる記憶装置に記憶されていてもよい。地図データベース２３に含まれる地図情報の一部又は全ては、車両２に備わる記憶装置以外の記憶装置に記憶されていてもよい。地図情報は、二次元情報でもよい。

ＨＭＩ２５は、自動運転システム３と乗員との間で情報の入出力を行うためのインターフェイスである。ＨＭＩ２５は、一例として、ディスプレイ及びスピーカなどを備えている。ＨＭＩ２５は、自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号に応じて、ディスプレイの画像出力及びスピーカからの音声出力を行う。ディスプレイは、ヘッドアップディスプレイであってもよい。ＨＭＩ２５は、一例として、乗員からの入力を受け付けるための入力機器（ボタン、タッチパネル、音声入力器など）を備えている。

アクチュエータ２６は、車両２の制御に用いられる機器である。アクチュエータ２６は、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ及び操舵アクチュエータを少なくとも含む。

スロットルアクチュエータは、自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号に応じてエンジンに対する空気の供給量（スロットル開度）を制御することで、車両２の駆動力を制御する。なお、車両２がハイブリッド車である場合には、エンジンに対する空気の供給量の他に、動力源としてのモータに自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号が入力されて車両２の駆動力が制御される。車両２が電気自動車である場合には、スロットルアクチュエータの代わりに動力源としてのモータに自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号が入力されて車両２の駆動力が制御される。これらの場合における動力源としてのモータは、アクチュエータ２６を構成する。

ブレーキアクチュエータは、自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号に応じてブレーキシステムを制御し、車両２の車輪へ付与する制動力を制御する。ブレーキシステムとしては、例えば、液圧ブレーキシステムを用いることができる。

操舵アクチュエータは、電動パワーステアリングシステムのうち操舵トルクを制御するアシストモータの駆動を、自動運転ＥＣＵ２４からの制御信号に応じて制御する。これにより、操舵アクチュエータは、車両２の操舵トルクを制御する。

自動運転ＥＣＵ２４は、自動運転システム３を統括的に管理するハードウェアであり、演算機器である。自動運転ＥＣＵ２４は、例えばＣＡＮ通信回路を用いて通信するネットワークに接続され、上述した車両２の構成要素と通信可能に接続されている。つまり、自動運転ＥＣＵ２４は、ＧＰＳ受信部２０の測定結果、外部センサ２１及び内部センサ２２の検出結果、並びに、地図データベース２３の地図情報を参照することができる。自動運転ＥＣＵ２４は、ＨＭＩ２５に入力された情報を参照することができる。自動運転ＥＣＵ２４は、ＨＭＩ２５及びアクチュエータ２６へ信号を出力することができる。

自動運転ＥＣＵ２４は、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより後述する自動運転の各機能を実現する。自動運転ＥＣＵ２４は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

自動運転ＥＣＵ２４は、ＧＰＳ受信部２０で受信された車両２の位置情報、及び、地図データベース２３の地図情報に基づいて、地図上における車両２の位置を認識（自車位置推定：ローカライズ）する。また、自動運転ＥＣＵ２４は、地図データベース２３の位置確認情報及び外部センサ２１の検出結果を利用して、ＳＬＡＭ技術により車両２の位置を認識する。その他、自動運転ＥＣＵ２４は、周知の手法により車両２の地図上の位置を認識してもよい。自動運転ＥＣＵ２４は、道路などの外部に設置されたセンサで車両２の位置が測定され得る場合、このセンサとの通信によって車両２の位置を認識してもよい。

自動運転ＥＣＵ２４は、一例として、外部センサ２１の検出結果及び地図データベース２３の地図情報（交通環境に関するデータ）に基づいて、車両２の周囲の物体（物体の位置も含む）を認識する。自動運転ＥＣＵ２４は、地図情報に地表情報が含まれる場合には、地面との乖離から物体を検出する。自動運転ＥＣＵ２４は、外部センサ２１の検出結果に地面推定モデルを適用し、地面との乖離から物体を検出してもよい。自動運転ＥＣＵ２４は、その他の周知の手法により物体を認識してもよい。

物体には、電柱、ガードレール、木、建物などの移動しない静止物体の他、歩行者、自転車、他車両などの移動物体が含まれる。自動運転ＥＣＵ２４は、例えば、外部センサ２１から検出結果を取得する度に物体の認識を行う。

自動運転ＥＣＵ２４は、一例として、背景情報を利用して、認識された物体の中から移動物体を検出する。自動運転ＥＣＵ２４は、その他の周知の手法により、移動物体を検出してもよい。

自動運転ＥＣＵ２４は、検出された移動物体に対して、カルマンフィルタ、パーティクルフィルタなどを適用して、その時点における移動物体の移動量を検出する。移動量には、移動物体の移動方向及び移動速度が含まれる。移動量には、移動物体の回転速度が含まれてもよい。また、自動運転ＥＣＵ２４は、移動量の誤差推定を行ってもよい。

自動運転ＥＣＵ２４は、カメラの画像認識処理（物体の画像モデルとの比較処理）などによって、移動物体の種類を特定してもよい。自動運転ＥＣＵ２４は、移動物体の種類を特定できた場合には、移動物体の種類に基づいて移動物体の移動量及び移動の誤差を補正する。

なお、移動物体には、駐車中の他車両、停止している歩行者などを含めてもよく、含めなくてもよい。速度がゼロの他車両の移動方向は、例えばカメラの画像処理により車両前面を検出することで推定可能である。停止している歩行者も同様にして顔の向きを検出することで移動方向を推定可能である。

自動運転ＥＣＵ２４は、内部センサ２２の検出結果（例えば車速センサの車速情報、加速度センサの加速度情報、ヨーレートセンサのヨーレート情報など）に基づいて、車両２の走行状態を認識する。車両２の走行状態には、例えば、車速、加速度、及びヨーレートが含まれる。

自動運転ＥＣＵ２４は、外部センサ２１の検出結果に基づいて車両２の走行するレーンの境界線の認識を行う。

自動運転ＥＣＵ２４は、外部センサ２１の検出結果、地図データベース２３の地図情報、自動運転ＥＣＵ２４の認識した車両２の地図上の位置、自動運転ＥＣＵ２４の認識した物体（境界線を含む）の情報、及び自動運転ＥＣＵ２４の認識した車両２の走行状態などに基づいて、車両２の進路を生成する。このとき、自動運転ＥＣＵ２４は、車両２の周囲の物体の挙動を仮定して、車両２の進路を生成する。物体の挙動の仮定の例としては、車両２の周囲の物体が全て静止物体であるとの仮定、移動物体は独立して移動するとの仮定、移動物体が他の物体及び車両２の少なくとも一方と相互作用しながら移動するとの仮定、などが挙げられる。

自動運転ＥＣＵ２４は、複数の仮定を用いて複数の車両２の進路候補を生成する。進路候補は、車両２が物体を回避して走行する進路が少なくとも一つ含まれる。自動運転ＥＣＵ２４は、それぞれの進路候補の信頼度などを用いて、一つの進路を選択する。

自動運転ＥＣＵ２４は、選択された進路に応じた走行計画を生成する。自動運転ＥＣＵ２４は、外部センサ２１の検出結果及び地図データベース２３の地図情報に基づいて、車両２の進路に応じた走行計画を生成する。

自動運転ＥＣＵ２４は、生成する走行計画を、車両２の進路を車両２に固定された座標系での目標位置ｐと各目標点での速度Ｖとの二つの要素からなる組、すなわち配位座標（ｐ、Ｖ）を複数持つものとして出力する。ここで、それぞれの目標位置ｐは、少なくとも車両２に固定された座標系でのｘ座標、ｙ座標の位置もしくはそれと等価な情報を有する。なお、走行計画は、車両２の挙動を記すものであれば特に限定されるものではない。走行計画は、例えば速度Ｖの代わりに目標時刻ｔを用いてもよいし、目標時刻ｔとその時点での車両２の方位とを付加したものでもよい。走行計画は、車両２が進路を走行する際における、車両２の車速、加減速度及び操舵トルクなどの推移を示すデータとしてもよい。走行計画は、車両２の速度パターン、加減速度パターン及び操舵パターンを含んでいてもよい。ここでの自動運転ＥＣＵ２４は、旅行時間（車両２が目的地に到着するまでに要される所要時間）が最も小さくなるように、走行計画を生成してもよい。

自動運転ＥＣＵ２４は、生成した走行計画に基づいて車両２の走行を自動で制御する。自動運転ＥＣＵ２４は、走行計画に応じた制御信号をアクチュエータ２６に出力する。これにより、自動運転ＥＣＵ２４は、走行計画に沿って車両２が自動で走行するように、車両２の走行を制御する。自動運転ＥＣＵ２４は、周知の手法により車両２の自動運転を実行することができる。

（動作範囲決定装置の構成）
動作範囲決定装置１は、上述した地図データベース２３、及び、ＥＣＵ２７を備えている。動作範囲決定装置１は、車両２の自動運転を行う自動運転システム３の動作範囲を決定する。ＥＣＵ２７は、動作範囲決定装置１の主要なハードウェアであり、演算機器である。ＥＣＵ２７は、例えばＣＡＮ通信回路を用いて通信するネットワークに接続され、地図データベース２３と通信可能に接続されている。つまり、ＥＣＵ２７は、地図データベース２３の地図情報を参照することができる。ＥＣＵ２７は、ＨＭＩ２５に入力された情報を参照することができる。ＥＣＵ２７は、ＨＭＩ２５へ信号を出力することができる。ＥＣＵ２７は、車両２の他の構成要素と接続されていてもよい。ＥＣＵ２７は、自動運転ＥＣＵ２４に含まれていてもよい。

ＥＣＵ２７は、位置推定部２７１、ルール取得部２７３、要求値算出部２７４、距離測定部２７５及び決定部２７６を備える。

位置推定部２７１は、車両２の位置を推定する。位置推定部２７１は、自動運転ＥＣＵ２４の自車位置推定と同一の手法で車両２の位置を推定する。位置推定部２７１は、自動運転ＥＣＵ２４によって推定された車両２の位置を取得してもよい。位置推定部２７１は、例えば所定の周期で位置の推定を行う。

ルール取得部２７３は、位置推定部２７１により推定された車両２の位置における交通ルールを取得する。より具体的には、ルール取得部２７３は、位置推定部２７１により推定された車両２の位置と地図データベース２３の交通ルール地図とに基づいて速度に関する制限を取得する。ルール取得部２７３は、一例として、地図データベース２３の交通ルール地図を参照し、位置推定部２７１により推定された車両２の位置を用いて、車両２の位置に対応するレーンにおける制限速度を取得する。ルール取得部２７３は、制限速度に到達するまでの標準加速度、停止するまでの標準加速度などをさらに取得してもよい。ルール取得部２７３は、例えば所定の周期で、又は、位置推定部２７１により車両２の位置が推定される度に、車両２の位置における交通ルールを取得する。

要求値算出部２７４は、ルール取得部２７３により取得された速度に関する制限に基づいて、予め定められた自動運転を実行するために移動物体を事前検知しなければならない距離である要求検知距離を算出する。予め定められた自動運転とは、設計段階で定められた運転方針を満たす自動運転である。要求検知距離とは、外部センサ２１などにより、予め定められた自動運転を適切に満たすことを前提として、移動物体を事前検知しなければならない距離である。言い換えれば、要求検知距離は、適切な自動運転を実現するために必要な外部センサ２１の検知距離である。

予め定められた自動運転を適切に実行するためには、車両２の周囲の移動物体を事前に検知する必要がある。移動物体の検知が遅れるほど、自動運転システム３の取り得る選択肢は少なくなる傾向にある。したがって、予め定められた自動運転を適切に実行するためには、移動物体の検知タイミング（あるいは検知距離）の期限が存在する。この期限が要求検知距離である。また、車両２と移動物体との近接速度が速いほど、移動物体が車両２に与える影響が大きくなるため、早期に移動物体を検知する必要がある。つまり、車両２及び移動物体の速度は、要求検知距離に影響する。

要求値算出部２７４は、要求検知距離を算出するために、「車両２及び移動物体はレーン内を走行するなどの交通ルールを遵守する」というモデルを採用する。つまり、要求値算出部２７４は、ルール取得部２７３により取得された速度に関する制限を用いて、車両２及び移動物体の行動を予測する。そして、要求値算出部２７４は、予測した行動から要求検知距離を算出する。つまり、要求検知距離を算出することができる範囲は、地図データベース２３の交通ルール地図が整備されている範囲である。

要求値算出部２７４は、車両２及び移動物体がルール取得部２７３により取得された速度に関する制限内で最も速く走行すると仮定して、要求検知距離を算出してもよい。つまり、要求値算出部２７４は、「車両２及び移動物体は交通ルールを遵守しつつ速度の効率を最大化させた動作をする」と仮定してもよい。

以下、交通ルール地図が存在すれば要求検知距離を算出することができることを例示する。図２は、要求距離算出処理の一例を説明する図である。図２は、優先道路Ｒ１に非優先道路Ｒ２が接続された道路環境を例示する。車両２は、非優先道路Ｒ２を走行し、移動物体である他車両５は、優先道路Ｒ１を走行している。車両２は、非優先道路Ｒ２から優先道路Ｒ１に合流するとする。合流開始時点（ｔ＝０）において、車両２はｘ_ａ（０）に位置し、他車両５はｘ_ｂ（０）に位置するとする。ｔ＝０において、車両２の速度は０ｋｍ／ｈとする。「車両２及び移動物体はレーン内を走行するなどの交通ルールを遵守する」というモデルに基づいて、ｔ＝０における他車両５の速度は、優先道路Ｒ１の制限速度ｖと仮定することができる。車両２も、交通ルール（優先道路Ｒ１及び非優先道路Ｒ２の制限速度）を遵守して走行する。交通ルールには、制限速度に到達するまでの標準加速度なども含まれてよい。

車両２が交通ルールを守り優先道路Ｒ１に進入し制限速度に到達するまでの時間をｔとし、制限速度に達する位置をｘ_ａ（ｔ）とする。このとき、

であると、他車両５が減速をしない限り、適切な自動運転を実現することができない。他車両５の減速を期待することなく、車両２が優先道路Ｒ１に進入するためには、優先道路Ｒ１への進入を判断する時点で、以下の条件を満たす他車両５が存在しないことを検知する必要がある。

数式（１）の右辺が、適切な自動運転を実現するために必要な外部センサ２１の検知距離の下限（要求検知距離）となる。要求値算出部２７４は、交通ルール地図上の任意の位置で上記計算をすることができる。このため、要求値算出部２７４は、適切な自動運転を実現するために要求検知距離を記した地図を作成することができる。以下では、この地図を、要求検知距離マップ（Expected Sensing Capability Map）という。

要求検知距離マップは、位置と要求検知距離とが関連付けられたデータベースである。要求検知距離マップの範囲は、交通ルール地図の範囲内となる。要求検知距離マップの範囲と交通ルール地図の範囲とが一致する場合、要求検知距離マップの範囲は最大となる。そして、この最大となる要求検知距離マップの範囲が、自動運転システムの上限動作範囲である。

要求値算出部２７４は、他車両５の制限速度ｖに誤差を考慮して設定された補正値を加えてもよい。要求値算出部２７４は、数式（１）の右辺を、自動運転システム３の演算時間を考慮して補正してもよい。

要求値算出部２７４は、移動物体であった他車両５の速度が０である場合を考慮してもよい。この場合、他車両５の速度を０、車両２の速度を制限速度ｖとし、図２を用いて説明された計算を行うことにより、もう一つの要求検知距離を算出することができる。要求値算出部２７４は、算出された２つの要求検知距離のうち、距離が長い方を要求検知距離として採用してもよい。要求値算出部２７４は、要求検知距離を車両２の外部センサ２１の検出範囲に渡って算出することで要求検知領域を算出してもよい。

距離測定部２７５は、車両２の外部センサ２１の検出結果に基づいて、検出可能距離を算出する。距離測定部２７５は、例えば、外部センサ２１により検出された、車両２から最も遠方に位置する特徴点に基づいて、検出可能距離を算出する。

決定部２７６は、検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システム３が動作範囲内であると決定する。上記の比較条件が満たされている場合、車両２は、予め定められた自動運転を実行するために、移動物体を事前検知しなければならない距離を検知する能力を有するといえる。このため、決定部２７６は、検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システム３が動作範囲内であると決定する。つまり、決定部２７６は、設計通りの自動運転となるように自動運転システム３が適切に動作すると決定する。一方、上記の比較条件が満たされていない場合、車両２は、予め定められた自動運転を実行するために、移動物体を事前検知しなければならない距離を検知する能力を有していないといえる。このため、決定部２７６は、検出可能距離が要求検知距離以上でない場合には、自動運転システム３が動作範囲外であると決定する。

このように、動作範囲決定装置１は、車両２の位置ごとに自動運転システム３が動作範囲内であるか否かを決定する。

要求値算出部２７４は、決定部２７６により自動運転システム３が動作範囲内でないと決定された場合には、車両２の上限速度を所定速度だけ小さくした速度に変更して要求検知距離を再度算出してもよい。上記のとおり、要求値算出部２７４は、車両２の上限速度が制限速度と一致することを前提として、要求検知距離を算出している。このとき算出される要求検知距離は、最も長い距離となる。要求値算出部２７４は、車両２の上限速度を所定速度だけ低く設定し直すことにより、要求検知距離を短く変更することができる。このため、要求値算出部２７４は、検出可能距離が要求検知距離以上でないときには、車両２の上限速度をパラメータとした再計算により、検出可能距離が要求検知距離以上となる範囲を探索することができる。

動作範囲決定装置１は、自動運転システム３の動作範囲を、自動運転ＥＣＵ２４へ出力してもよい。自動運転ＥＣＵ２４は、自動運転システム３が動作範囲内である場合、車両２の自動運転を継続し、自動運転システム３が動作範囲内でない場合、車両２の自動運転を終了してもよい。自動運転ＥＣＵ２４は、ＨＭＩ２５に自動運転の終了に関する表示を行わせてもよい。

（動作範囲決定装置の動作）
以下、動作範囲決定方法の一例が開示される。図３は、動作範囲決定処理の一例を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、例えば車両２の運転者による動作範囲決定機能のＯＮ操作を受け付けたタイミングで、動作範囲決定装置１により実行される。

図３に示されるように、動作範囲決定装置１の位置推定部２７１は、位置推定処理（Ｓ１０）として、車両２の位置を推定する。位置推定部２７１は、一例として、ＧＰＳ受信部２０で受信された車両２の位置情報、及び、地図データベース２３の地図情報に基づいて、地図上における車両２の位置を認識（自車位置推定：ローカライズ）する。自動運転が機能している場合、位置推定部２７１は、自動運転ＥＣＵ２４によって推定された車両２の位置を取得してもよい。

続いて、動作範囲決定装置１のルール取得部２７３は、交通ルール取得処理（Ｓ１４）として、位置推定処理（Ｓ１０）にて推定された車両２の位置と地図データベース２３の交通ルール地図とに基づいて、車両２の位置に対応するレーンにおける制限速度を取得する。ルール取得部２７３は、制限速度に到達するまでの標準加速度、停止するまでの標準加速度などをさらに取得してもよい。

続いて、動作範囲決定装置１の要求値算出部２７４は、要求検知距離算出処理（Ｓ１６）として、交通ルール取得処理（Ｓ１４）にて取得された制限速度などに基づいて、要求検知距離を算出する。要求値算出部２７４は、「車両２及び移動物体はレーン内を走行するなどの交通ルールを遵守する」というモデルに基づいて、車両２及び移動物体の上限速度を設定することで、要求検知距離を算出する。要求値算出部２７４は、例えば上述した数式（１）を用いて要求検知距離を算出する。

続いて、動作範囲決定装置１の距離測定部２７５は、検出可能距離算出処理（Ｓ１８）として、例えば、外部センサ２１により検出された、車両２から最も遠方に位置する特徴点に基づいて、検出可能距離を算出する。

続いて、動作範囲決定装置１の決定部２７６は、判定処理（Ｓ２０）として、検出可能距離が要求検知距離以上であるか否かを判定する。検出可能距離が要求検知距離以上であると判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、決定部２７６は、決定処理（Ｓ２２）として、自動運転システム３が動作範囲内であると決定する。

検出可能距離が要求検知距離以上でないと判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）、又は、決定処理（Ｓ２２）が終了した場合、動作範囲決定装置１は、図３に示されるフローチャートを終了する。動作範囲決定装置１は、例えば車両２の運転者による動作範囲決定機能のＯＦＦ操作を受け付けていない場合、図３に示されるフローチャートを最初から実行する。

動作範囲決定装置１の決定部２７６の判定結果が動作範囲外となった場合となった場合でも、車両２の上限速度を小さくすることで、判定結果を動作範囲内とすることができる場合がある。例えば、自動車専用道路のような単路を走行中に、霧などにより検出可能距離が小さくなった場合である。このとき、車両２の上限速度を制限速度に設定したままであると検出可能距離の減少に伴い、動作範囲決定装置１の決定部２７６の判定結果が動作範囲外となる場合がある。このようなときに、車両２の上限速度を小さくすることにより、要求検知距離を小さくし、再び動作範囲内とすることができる。

図４は、前記の動作範囲外となった場合における動作範囲決定処理の一例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、図３のフローチャートにて自動運転システム３が動作範囲内と判定されなかった場合、つまり、自動運転システム３が動作範囲外である場合に、動作範囲決定装置１により実行される。

図４に示されるように、動作範囲決定装置１の要求値算出部２７４は、減算処理（Ｓ３０）として、図３の要求検知距離算出処理（Ｓ１６）において設定された車両２の上限速度を減算する。要求値算出部２７４は、上限速度を所定速度だけ小さくした速度に変更する。

続いて、要求値算出部２７４は、符号判定処理（Ｓ３２）として、上限速度が正の値であるか否かを判定する。

符号判定処理（Ｓ３２）において上限速度が正の値であると判定された場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、要求値算出部２７４は、再算出処理（Ｓ３４）として、要求検知距離を再度算出する。算出手法は、要求検知距離算出処理（Ｓ１６）の算出手法と同一である。

続いて、要求値算出部２７４は、距離判定処理（Ｓ３６）として、検出可能距離が要求検知距離以上であるか否かを判定する。検出可能距離が要求検知距離以上でないと判定された場合（Ｓ３６：ＮＯ）、要求値算出部２７４は、減算処理（Ｓ３０）へ処理を移行させる。このように、要求値算出部２７４は、距離判定処理（Ｓ３６）にて検出可能距離が要求検知距離以上であると判定されるまで、減算処理（Ｓ３０）、符号判定処理（Ｓ３２）、再算出処理（Ｓ３４）を繰り返し実行する。

距離判定処理（Ｓ３６）にて検出可能距離が要求検知距離以上であると判定された場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、決定部２７６は、決定処理（Ｓ３８）として、自動運転システム３が動作範囲内であると決定する。続いて、要求値算出部２７４は、記憶処理（Ｓ４０）として、減算された上限速度（演算に用いられた変更済みの上限速度）を、ＥＣＵなどに備わる記憶装置に記憶する。この情報は、例えば自動運転ＥＣＵ２４によって参照され、自動運転制御に反映される。

符号判定処理（Ｓ３２）において上限速度が正の値でないと判定された場合（Ｓ３２：ＮＯ）、又は、記憶処理（Ｓ４０）が終了した場合、動作範囲決定装置１は、図４に示されるフローチャートを終了する。動作範囲決定装置１は、例えば車両２の運転者による動作範囲決定機能のＯＦＦ操作を受け付けていない場合、図４に示されるフローチャートを最初から実行する。

（第一実施形態の作用効果）
第一実施形態に係る動作範囲決定装置１においては、速度に関する制限と位置とが関連付けられた地図データベース２３から、車両２の位置を用いて速度に関する制限が取得される。そして、速度に関する制限に基づいて、要求検知距離が算出される。このように、動作範囲決定装置１は、移動物体が速度に関する制限を遵守することを前提とすることで要求検知距離を決定することができる。そして、測定された検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システム３は動作範囲内であることが決定される。このように、動作範囲決定装置１は、要求検知距離と測定結果とを用いて、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる。

第一実施形態に係る動作範囲決定装置１は、車両２及び移動物体がルール取得部２７３により取得された速度に関する制限内で最も速く走行すると仮定することで、要求検知距離の最大値を算出することができる。よって、動作範囲決定装置１は、最も厳しい条件で自動運転の動作範囲を決定することができる。

第一実施形態に係る動作範囲決定装置１は、決定部２７６により自動運転システム３が動作範囲内でないと決定された場合には、車両２の上限速度を所定速度だけ小さくした速度に変更することにより、要求検知距離が小さくなるように変更することができる。よって、動作範囲決定装置１は、車両２の速度の条件を低く変更して自動運転の動作範囲を狭く決定することができる。

［第二実施形態］
（自動運転システムの構成）
第二実施形態に係る自動運転システム３Ａの構成は、第一実施形態に係る自動運転システム３の構成と比較して、動作範囲決定装置の一部機能が相違し、その他は同一である。以下では重複する説明は繰り返さない。

図５は、第二実施形態に係る動作範囲決定装置１Ａを備えた車両２の構成の一例を示すブロック図である。図５に示されるように、自動運転システム３Ａは、自動運転システム３と比較すると、地図データベース２３Ａ及びＥＣＵ２７Ａが相違し、その他は同一である。

地図データベース２３Ａは、地図情報として、要求検知距離と位置とが関連付けられた要求検知距離マップを含む。つまり、自動運転システム３Ａは、自動運転システム３と比較すると、要求検知距離を演算する必要がない。このため、自動運転システム３Ａは、要求検知距離の算出に関連する構成要素（交通ルール地図、自動運転システム３のルール取得部２７３、要求値算出部２７４）は備えていない。要求検知距離マップに含まれる要求検知距離は、自動運転システム３のように算出された値であってもよいし、第三者によって定められた値であってもよい。例えば、要求検知距離は、政府などの公的機関により標準化された値であってもよい。地図データベース２３Ａのその他の構成及び変形例は、地図データベース２３と同一である。

ＥＣＵ２７Ａは、一例として、位置推定部２７１、要求検知距離取得部２７２（取得部の一例）、距離測定部２７５及び決定部２７６を備える。位置推定部２７１、距離測定部２７５及び決定部２７６は、自動運転システム３と同一である。

要求検知距離取得部２７２は、位置推定部２７１により推定された車両２Ａの位置と地図データベース２３Ａとに基づいて、要求検知距離を取得する。

（動作範囲決定装置の動作）
以下、動作範囲決定方法の一例が開示される。図６は、動作範囲決定処理の一例を示すフローチャートである。図６のフローチャートは、例えば車両２Ａの運転者による動作範囲決定機能のＯＮ操作を受け付けたタイミングで、動作範囲決定装置１Ａにより実行される。

図６の位置推定処理（Ｓ５０）は、図３の位置推定処理（Ｓ１０）と同一である。続いて、動作範囲決定装置１Ａの要求検知距離取得部２７２は、要求検知距離取得処理（Ｓ５２）として、位置推定処理（Ｓ５０）にて推定された車両２Ａの位置と地図データベース２３Ａの要求検知距離マップとに基づいて、車両２Ａの位置に対応する要求検知距離を取得する。

続いて行われる検出可能距離算出処理（Ｓ５８）、判定処理（Ｓ６０）及び決定処理（Ｓ６２）は、図３の検出可能距離算出処理（Ｓ１８）、判定処理（Ｓ２０）及び決定処理（Ｓ２２）と同一である。動作範囲決定装置１Ａは、例えば車両２Ａの運転者による動作範囲決定機能のＯＦＦ操作を受け付けていない場合、図６に示されるフローチャートを最初から実行する。

（第二実施形態の作用効果）
第二実施形態に係る動作範囲決定装置１Ａによれば、要求検知距離と位置とが関連付けられた地図データベース２３Ａから、車両２Ａの位置を用いて要求検知距離が取得される。そして、測定された検出可能距離が要求検知距離以上である場合には、自動運転システム３Ａが動作範囲内であると決定される。このように、動作範囲決定装置１Ａは、要求検知距離と測定結果とを用いて、自動運転の動作範囲を適切に決定することができる。

上述した実施形態は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

例えば、要求値算出部２７４による要求検知距離の算出手法は、第一実施形態に記載された内容に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、車両２及び他車両５は、等速直線運動であってもよいし、等加速度運動であってもよい。

第一実施形態において、図５に示されたフローチャートを実行しなくてもよい。

１，１Ａ…動作範囲決定装置、２，２Ａ…車両、３，３Ａ…自動運転システム、２０…ＧＰＳ受信部、２１…外部センサ、２２…内部センサ、２３…地図データベース、２３Ａ…地図データベース（交通地図データベースの一例）、２４…自動運転ＥＣＵ、２５…ＨＭＩ、２６…アクチュエータ、２７…ＥＣＵ、２７１…位置推定部、２７２…要求検知距離取得部（取得部の一例）、２７３…ルール取得部、２７４…要求値算出部、２７５…距離測定部、２７６…決定部。

Claims (3)

1. 車両の自動運転を行う自動運転システムの動作範囲を決定するための動作範囲決定装置であって、
   前記車両の位置を推定する位置推定部と、
   速度に関する制限と位置とが関連付けられた交通地図データベースと、
   前記位置推定部により推定された前記車両の位置と前記交通地図データベースとに基づいて前記速度に関する制限を取得するルール取得部と、
   前記ルール取得部により取得された前記速度に関する制限に基づいて、予め定められた自動運転を実行するために移動物体を事前検知しなければならない距離である要求検知距離を算出する要求値算出部と、
   前記車両の物体検出センサの検出結果に基づいて、検出可能距離を算出する距離測定部と、
   前記検出可能距離が前記要求検知距離以上である場合には、前記自動運転システムが動作範囲内であると決定する決定部と、
   を備え、
   前記要求値算出部は、前記車両及び前記移動物体が前記ルール取得部により取得された前記速度に関する制限内で最も速く走行すると仮定して、前記要求検知距離を算出する、
   動作範囲決定装置。
2. 前記要求値算出部は、前記決定部により前記自動運転システムが動作範囲内でないと決定された場合には、前記車両の上限速度を所定速度だけ小さくした速度に変更して前記要求検知距離を再度算出する、請求項１に記載の動作範囲決定装置。
3. 車両の自動運転を行う自動運転システムの動作範囲を決定するための動作範囲決定装置であって、
   前記車両の位置を推定する位置推定部と、
   予め定められた自動運転を実行するために移動物体を事前検知しなければならない距離である要求検知距離と位置とが関連付けられた地図データベースと、
   前記位置推定部により推定された前記車両の位置と前記地図データベースとに基づいて、前記要求検知距離を取得する取得部と、
   前記車両の物体検出センサの検出結果に基づいて、検出可能距離を算出する距離測定部と、
   前記検出可能距離が前記要求検知距離以上である場合には、前記自動運転システムが動作範囲内であると決定する決定部と、
   を備える動作範囲決定装置。

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