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自動運転システムのためのバリア関数を用いた最適化による自動車挙動予測法

研究課題

研究課題/領域番号 21K04128
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関工学院大学

研究代表者

向井 正和  工学院大学, 工学部, 教授 (50404059)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード自動車制御 / 制御工学 / 交通システム / モデル予測制御 / 車両挙動予測 / 自動運転 / 自動車工学
研究開始時の研究の概要

高度な自動運転の実現のためには,他車両のリアルタイムでの挙動予測が必要である.しかし,挙動予測を行うことのできる統合的なドライバーの数学的モデルは存在しない.本研究は,自動運転システムに適した他車両の挙動予測法を明らかにすることを目的とする.研究する挙動予測法は,最適化問題の評価関数と拘束条件を構成するバリア関数を,ドライバーの運転を特徴付ける関数とする.実データから道路形状と交通状況に合わせて評価関数とバリア関数とを構成する方法を確立し,最適化問題を解くことで予測軌道が得られるアルゴリズムを構築する.

研究成果の概要

本課題は,自動運転システムのために適した他車両の挙動予測法を構築することを目的とし,他車両のドライバーの運転を特徴付ける関数を明らかにする.つまり,最適化問題を構成する評価関数と拘束条件とを,ドライバーが暗黙に有している条件に近くできれば,最適化の結果として得られる運転挙動が近くなると考え,適切に構成した評価関数とバリア関数を用いた最適化問題を解くことで,他車両の挙動予測を行う.大きく分けてつぎの3つの課題について取り組み成果を得ることができた.課題1:運転挙動を特徴付ける評価関数とバリア関数の設計・課題2:道路交通情報から挙動予測を行う手法の構築
課題3:交通流シミュレータを用いた検証

研究成果の学術的意義や社会的意義

申請課題に取り組むことで,他車両の運転挙動の予測結果を自動運転システムに利用できスムーズな自動運転が実現できる.そのため,交通システムの安全性と効率を向上させることが可能になり,社会的に意義の高い研究である.さらに,本申請課題の成果は,他の交通参加者である歩行者,自転車などの安全を評価する際にも利用可能と考えられるため,他の研究への波及効果が期待できる.また,交通流のシミュレーションを進めることで,大規模な社会システムの一部である交通システムのシミュレーションの知見ノウハウを得ることが可能である.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Composition of Automated Vehicle Groups with Control Barrier and Lyapunov Functions Using Slope Information2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Yuzuki、Mukai Masakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 56 号: 2 ページ: 11483-11490

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.10.438

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Model predictive eco-driving control of internal-combustion-engine vehicles equipped with CVTs in car-following scenarios2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshinaka Shinsaku、Narisawa Satoru、Yuno Tsuyoshi、Cao Wenjing、Mukai Masakazu、Kawabe Taketoshi
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: 16 号: 1 ページ: 109-116

    • DOI

      10.1080/18824889.2023.2188976

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Composition of Automated Vehicle Groups with Control Barrier and Lyapunov Functions Using Slope Information2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi and M. Mukai
    • 雑誌名

      IFAC World Congress 2023

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 車両のグループ化と信号機制御による信号交差点における待ち時間削減と燃費改善2022

    • 著者名/発表者名
      関根直樹,向井正和
    • 雑誌名

      電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌)

      巻: 142 号: 7 ページ: 746-751

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.142.746

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • 年月日
      2022-07-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study on the formulation of vehicle merging problems for model predictive control2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kishi, Cao Wenjing, Masakazu Mukai
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: - 号: 3 ページ: 513-520

    • DOI

      10.1007/s10015-022-00751-0

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A parameter setting method to find the required state estimation accuracy for a motion control method in merging scenario2021

    • 著者名/発表者名
      Wenjing Cao, Masakazu Mukai, Taketoshi Kawabe
    • 雑誌名

      Asian Journal of Control

      巻: - 号: 5 ページ: 2098-2110

    • DOI

      10.1002/asjc.2666

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 検出エリアの分割によるモデルカー位置検出範囲の拡張に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      小泉,向井
    • 学会等名
      第11回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 自動運転車群の長さを考慮した交差点最適化制御に関する一考察2024

    • 著者名/発表者名
      馬,向井
    • 学会等名
      第11回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Study on Model Predictive Control for Electric Wheelchair using Map Information2022

    • 著者名/発表者名
      X. Zuo, Y. Suzuki, and M. Mukai
    • 学会等名
      International Symposium on Advanced Technology 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Study on Fuel Saving Effect of Toy Car Tracking Problem Using Model Predictive Control2022

    • 著者名/発表者名
      K. Shimizu, Y. Hayashi, and M. Mukai
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 制御バリア関数を用いた自動運転車両の隊列形成に関する一考察2022

    • 著者名/発表者名
      林悠月,向井正和
    • 学会等名
      第9回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Collision avoidance control for automated vehicle using multiple upper limits of acceleration2021

    • 著者名/発表者名
      Yuzuki Hayashi and Masakzu Mukai
    • 学会等名
      6th IFAC Conference on Engine and Powertrain Control, Simulation and Modeling, E-COSM 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Driving Skill Analysis in Curve Sections using Adaboost Algorithm with Driving Simulator2021

    • 著者名/発表者名
      Eisho Kannno and Masakazu Mukai
    • 学会等名
      International Symposium on Advanced Technology
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A study on energy consumption in vehicles using model predictive control during stop and departure operations at an intersection2021

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Takahashi and Masakazu Mukai
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 混合整数計画法を用いた高速道路における自動車の合流制御2021

    • 著者名/発表者名
      早川和秀,向井正和
    • 学会等名
      電気学会電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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