ファジィ支援情報の形状提示による四輪車運転支援の提案 Intelligent Driving Support System using Fuzzy Instruction ⃝ 伍井智彦安信誠二 ⃝ Tomohiko ITSUI Seiji YASUNOBU 筑波大学システム情報工学研究科 University of Tsukuba Abstract: A four-wheel vehicle is used in various environments. However, it is diﬃcult for some people to drive it safely. Therefore, development of the system that supports driving is demanded. We propose an operation support system based on a human knowledge. We used the intellectual control machine that built the human knowledge into the control machine as a supporting system. The purpose of the proposal system is to oﬀer an adequate, ﬂexible support to those who drive. And, supporting information is plainly presented. In this paper, it explains details of the proposed system, and the eﬀectiveness is evaluated by the experiment. はじめに 1 我々の身の回りには自動車や福祉車両などの四輪車が目的地点に到達するまで、以下のような手順で支援を行っている。が多数存在し、それに関連する事故が絶えず発生して支援者はまず、現在の車両状態を確認し、通過目標いる。そのため、高齢者や運転が苦手な人をサポートに到達したかどうかを判断する。通過目標に到達してする支援システムの研究開発が数多くなされてきた。いれば、次に向かう通過目標を考え、到達していなけこれまでの研究の多くは支援情報をシングルトンでれば現在の目標に向かう。通過目標の決定が済んだ後、算出し、それを運転者に提示することで支援を行って通過目標に向かうためにはどのような車両操作を行ういる。また、支援情報の提示方法としてモニタ等に支べきかという支援意思を決定する。そして、その支援援情報を表示することや、音声機器を使用することが意思に基づいてどのような車両操作が好ましいのかを多く用いられてきた [1] 。運転者に伝える。本研究では、人間（同乗者）が運転者に対して支援を行っている場合について着目する。人が運転者に対して支援を行う場合、提示する支援情報は曖昧であるが、的確かつ柔軟に支援を行っている。そこで我々は、人間の感覚や知識などを取り入れた知的制御 [3] の適用を考え、支援者の知識を制御器に組み込んだ知的制御システムを提案する。提案システムは支援情報をファ支援者は上記の手順を目的地到達まで繰り返している。また、支援者が支援意思を決定する際、支援者は支援者は車両の将来状態を予測し、その状態を障害物との距離や目的地との偏差という項目で多目的な評価を行っている。 2.2 ファジィ支援情報ジィ集合で表現することで、運転者を柔軟に支援する本論文では人間の支援意思をファジィ支援ことを目的とする。また、運転者が容易に支援情報を情報として定義する。ファジィ支援情報は取得するために、支援情報を操舵インタフェースを介 (ϕ0.5 ,ϕ0.25 ,ϕ0 ,ϕ− 0.25 ,ϕ− 0.5 ) という操作候補を要素として持つファジィ集合である。し運転者へ提示する。人による支援について 2 2.1 支援者の思考人間の支援者に基づく支援システムを構成するためここで ϕ0.5 は、車両を左に旋回させるためにハンドルを左に 0.5[rad] 操作する、という操作候補である。また、ϕ0 は車両を直進させる操作候補である。各操作候補に対して 0.0∼1.0 までのメンバシップ値をつけ、に支援者がどのように考えて支援を行っているのかをそれを形状指令とする。各操作候補を代表する操作候明確にする必要がある。運転支援を行う支援者は車両補を推奨操作指令 ϕ∗ とする。 ᷑䠆䛆▱ⓗ⛣ືᨭ᥼䝅䝇䝔䝮䛇㐠㌿㌴୧䛾఩⨨䞉ጼໃ᝟ሗ ࣓ࣥࣂࢩ勏ࣉ್ ≧ἣ┘ど㒊 ḟ䛾┠ᶆ タᐃᣦ௧ 1.0 ┠ᶆタᐃ㒊 ࿘ᅖ≧ἣ 0.0 ᆅᅗ᝟ሗ ⌧ᅾ䛾㏻㐣┠ᶆ 㐠㌿᧯స▱㆑ ᷑0.5 ᷑-0.5 ᷑0 ᷑0.25 ᨭ᥼ᣦ௧Ỵᐃ㒊㌴୧䝰䝕䝹 ᷑ -0.25 䝣䜯䝆䜱 ᝟ሗ ᨭ᥼ᣦ௧ ᧯⯦ゅ㌴୧ ᨭ᥼᝟ሗᥦ♧㒊 ᧯⯦ゅ ᨭ᥼᧯⯦䝖䝹䜽㐠㌿⪅ 図 1: ファジィ支援情報㐠㌿⪅䛾᧯⯦䝖䝹䜽 ᙧ≧ኚ໬䛻䜘䜛 ᨭ᥼᝟ሗᥦ♧ 具体的なファジィ支援情報の例を図 1 に示す。これはハンドルを左に 0.5[rad] 操作することは”まあまあ図 2: システム構成良い”のでメンバシップ値は 0.6 くらい、右に 0.5[rad] 操作は”あまり良くない”(右に曲がってほしくない) のでメンバシップ値は 0.3 くらいという支援者の意思を操作に関する操作候補を用意する。操作候補は反映したものである。また、ϕ∗ は支援者が特に行って ϕ0.5 ,ϕ0.25 ,ϕ0 ,ϕ− 0.25 ,ϕ− 0.5 の５つとする。これらの操作候補を車両モデルに通し、車両の将来状態の予見を行う。各予見結果に対し、「目標との偏差」、「壁とのほしいと思っている操作候補である。システム構成 3 第 2 章で述べた支援者の知識や思考をコンピュータに組み込み、システムを構成した (図 2)。 3.1 状況監視部状況監視部では設定された通過目標に到達したかどうかを監視している。車両が通過目標に到達した場合、目標設定部に次の通過目標を設定させる指令を出す。目的地点と通過目標が等しい場合、通過目標に到達し距離」という項目について多目的ファジィ評価を行い、ファジィ支援情報を生成する。また、各操作候補のメンバシップ値を形状指令とする。各操作候補を代表する操作候補を推奨操作指令 ϕ∗ とする。 3.4 支援情報提示部支援情報提示部はファジィ支援情報提示装置により運転者に支援情報を伝える。装置はジョイスティックたら走行を完了する。 ᄙ⋡⊛䊐䉜䉳䉞⹏ଔ 3.2 目標設定部ゞਔ䊝䊂䊦目標設定部では状況監視部からの指令を受け、通過目標の再設定を行う。また、現在の通過目標を支援指 ᠲ૞୥⵬ 1.0 ᶓᴾᵛᴾ᷑0.5 0.0 ࡮࡮࡮ ファジィ支援情報の生成手順として、まず車両 0.0 0.0 ᷑0.5 ᷑0 ᷑-0.5 ᷑0.25 ᷑-0.25 1.0 䋨ฝ䈮0.5rad䋩 1.0 ᷑0 ᶓᴾᵛᴾ᷑-0.5 援情報は現在の通過目標、運転操作知識、自車両の状 ᷑䋪 0.0 䋨⋥ㅴ䋩毎に生成し、支援情報提示部に伝達する。ファジィ支御により生成する。生成過程を図 3 に示す。 ੍⷗ ᶓᴾᵛᴾ᷑0 支援情報決定部ではファジィ支援情報を 100[msec] ᷑0.5 1.0 ࡮࡮࡮ 支援情報決定部態、車両モデル、周囲の状況をもとに予見ファジィ制 ⹏ଔ୯ 䋨Ꮐ䈮0.5rad䋩令決定部に伝達する。 3.3 ⋡ᮡ䈫䈱஍Ꮕ ო䈫䈱〒㔌 ᷑-0.5 ゞਔ䈱⁁ᘒ 図 3: ファジィ支援情報の生成 ᷑* 到達目標 1.0 0.0 ᷑0.5 ᷑0 ᷑-0.5 ᷑0.25 ᷑-0.25 ᙧ≧ᣦ௧ ȭࠉࡢ࣓ࣥࣂࢩࢵࣉ್ ȭࠉࡢ࣓ࣥࣂࢩࢵࣉ್ ȭࡢ࣓ࣥࣂࢩࢵࣉ್ ̻ ȭࠉࡢ࣓ࣥࣂࢩࢵࣉ್ ̻ ȭࠉࡢ࣓ࣥࣂࢩࢵࣉ್ 出発地点 ̻ ̻ ̻ ̻ ̻ ̻ ᥎ዡ᧯సᣦ௧ 図 5: 支援無しの走行結果図 4: ファジィ支援情報の伝達 20 15 (Logitech 社、Force 3D pro) と、５つのサーボモータ 10 5 で構成する。ジョイスティックは右手で操作すること 0 を想定する。５つのサーボモータは人間の左手の５本 -5 の指にそれぞれ対応し、ファジィ支援指令の各要素を -10 -15 左手指にサーボモータを介して伝達する。具体的には、支援情報決定部から受け取ったファジィ -20 -20 支援情報の形状指令により５つのサーボモータのサー -15 -10 -5 0 5 10 15 20 図 6: 自動走行結果ボホーンの角度を変化させる。例えば、ϕ0 のメンバシップ値は 1.0（最大）であるのでその分、中指に対応するサーボホーンの角度変化は大きくなり、逆に ϕ− 0.5 の置は (-15[m],-15[m],90[deg],0[m/s]) として到達目標メンバシップ値は 0.3 と低いので親指に対応するサー (15[m],15[m],90[deg],0[m/s]) に向けて運転を行う。ボホーンの角度変化は小さくなる。また、推奨操作指令をジョイスティックに伝達し、ϕ∗ の方向へトルクをかける (図 4)。このように左手で受ける５つのサーボホーンの角度変化と右手で受けるジョイスティックのトルクよって、運転者に支援情報を提示する。 4.2 実験結果支援が無い場合の走行軌跡を図 5 に、自動走行の走行軌跡を図 6 に、支援が有る場合の走行軌跡を図 7 に示す。また、図 7 中の地点 1,2 におけるファジィ支援指令を図 8,9 に示す。支援が無い場合 (図 5) は左折時にカーブを曲がりき実験 4 ることが出来ずに壁と接触している。自動走行の場合験ではシステムによる支援無しで運転者が走行した場 (図 6) は無事に走行を完了できているが、道路左側を走行したいという運転者の意思とは無関係な走行をし合、システムだけで自動走行した場合、システムによている。支援が有る場合 (図 7) は出来る限り左側を走る支援有りで運転者が走行した場合における走行軌跡行して目的地に到達している。第 3 章で述べたシステムを用いて実験を行った。実の比較を行う。 4.1 走行条件 4.3 考察地点 1 におけるファジィ支援情報 (図 8) では車両を初期位置から交差点状の道路を抜け到達目標に辿右方へ 0.5[rad] 操作する操作候補のメンバシップ値がりつくこととする。四輪車のパラメータ縦 2.6[m]、約 0.9 であり最も高く、次いでメンバシップ値が高い横 1.7[m]、最大操舵角 0.5[rad](約 26.8[rad])、速度操作候補は、右に 0.25[rad] 操作する操作候補、直進操 3.0[m/s] とし、運転者はなるべく道路の左端を走行したいという意思を持っている事とする。初期位作の操作候補となっている。左方への操作候補はメンバジップ値は十分に低い。よって地点 1 においては右方に車両を操作するほうが良いという支援者の意思を示すファジィ支援指令を生成することができている事がわかる。また、地点 1 の段階では車両を直進させても構わない、つまり、左に曲がらなければある程度自由な操作を許しても良いと支援システムは考えている。地点 2 のファジィ支援情報 (図 9) は車両を左へ地点2 地点1 0.5[rad] 操作する候補のメンバシップ値が最も高い。また、その他の操作候補はどれも低くなっており、鋭 ̻ い支援指示が出ていると言える。これは車両を左方に ̻ ̻ ̻ ̻ ̻ ̻ ̻ 0.5[rad] 操作しなければ壁と接触してしまうと支援システムが考えているからである。以上の事から、本システムでは運転者にある程度自図 7: 支援有りの走行結果由な操作を許した柔軟な支援が出来ていることを確認した。 5 おわりに本論文では支援者の知識を制御器に組み込んだ知的制御システムを構築した。支援情報はファジィ支援情報として表現し、ファジィ支援情報提示装置を介して運転者に提示した。実験を通して本システムが運転者にある程度自由な操作を許した柔軟な支援を提供できメンパジップ値ていることを確認した。参考文献 [1] 国弘由比：「自動車をとりまく情報提供サービスの動向と発展に向けた課題」, 情報処理学会研究 0.4 ̻ 0.2 ̻ 0 -0.2 -0.4 -0.6 操舵角[rad] 図 8: 地点１におけるファジィ支援情報報告, pp.23-30, 2007 [2] 加藤晋：「自動車の自動運転システムの研究と現状」, 人工知能学会誌, pp.510-516, 2007. [3] 安信誠二：「ファジィ工学」, 昭晃堂, 1991 [4] 張帆, 安信誠二：「人の協調性を実現した知的運転支援システムの試み」, 第３５回ファジィワークショップ, pp.71-72, 2010. メンパジップ値連絡先 305-8573 茨城県つくば市天王台 1-1-1 筑波大学知的制御システム研究室伍井智彦 E-mail: [email protected] 0.4 ̻ 0.2 ̻ 0 -0.2 操舵角[rad] -0.4 -0.6 図 9: 地点２におけるファジィ支援情報