自動運転車両による交通渋滞評価と解決に関する新たな理論を提唱 

【ポイント】

　＊自動車の走行動作とその相互作用に基づく渋滞解析の手法を提案

　＊自動運転車両を含む交通流の渋滞に関して渋滞の先頭位置と影響範囲の特徴を可視化

　＊自動運転車両の導入による交通渋滞緩和の条件を検証可能に

【概要】

　電気通信大学i-パワードエネルギー・システム研究センター望月優加理客員研究員、澤田賢治准教授は、自動車の走行動作と車両間の相互作用を表す「Demand-for Graph（※）」を用いた渋滞の先頭位置と影響範囲の時間変化を評価可能な新たな渋滞解析の手法を提案しました。提案する渋滞解析手法を自動運転車両の走行によって生じる渋滞に適用し、手動運転車両による一般的な渋滞とは異なり、渋滞の先頭位置が交通流上流側で固定される特徴を持つことを明らかにしました。

　渋滞の特徴の解析や影響範囲の時間変化の評価は、要因に応じたより効果的な渋滞緩和技術の開発への貢献が期待されます。

　本研究成果はIEEE Access誌に掲載されました。

【背景】

自動運転技術の分野の研究では、その技術の発展と自動運転車両の普及による交通渋滞緩和の効果が期待されています。自動運転車両の普及においては、自動運転車両と手動運転車両が混在する状況となるため、自動運転車両の走行が手動運転車両を含む周囲の車両に与える影響とそれにより新たに生じる渋滞の影響評価が課題となります。

従来の渋滞評価の手法は、観測範囲内の車両の台数と通過量の関係から渋滞の度合いに着目しており、自動運転車両の導入で新たに生じる渋滞の解析には、渋滞の原因となる走行動作の特定とその影響範囲の評価が新たに必要となります。

本研究では、各車両の走行動作で生じる車両間の相互作用を表す「Demand-for Graph」とその状態遷移方程式を用いた、渋滞の先頭位置と影響範囲、およびその時間変化を評価する新たな渋滞解析手法を提案しました。

【手法】

・本研究では、自動運転車両が後続車両の走行速度確保のために実施する車線変更（以下「協調的車線変更」）とそれによる渋滞に対して、協調的車線変更が周囲の車両に与える影響を解析し、渋滞の先頭位置と影響範囲に表れる特徴を明らかにしました。

・具体的には、協調的車線変更における車両の車線変更、加速、減速の現象を、車両間の走行動作と通信による相互作用をグラフ化したDemand-for Graphで表し、グラフの構造的特徴から渋滞の先頭位置と影響範囲を評価しました。

・図1は協調的車線変更とそのDemand-for Graph表現の例です。Demand-for Graphにおいて車両はノードで表現されます。また、二つのノードを結ぶエッジは車線変更待ちや減速状態を解消するための車線変更や加速の要求状態を表します。本研究ではDemand-for Graphの端点で渋滞の先頭を表し、エッジの連結範囲で渋滞による速度低下の範囲を表しました。

・さらに、Demand-for Graphを制御工学で用いられる状態遷移方程式に帰着し、渋滞の発生、および時間経過に伴う影響範囲の拡大と縮小を評価しました。これにより、協調的車線変更で生じる渋滞は車線変更完了後に自然解消することを明らかにしました。また、手動運転車両による一般的な渋滞とは異なり、渋滞の先頭位置が交通流の上流側に位置し、かつ時間経過によって先頭位置が変化しないという特徴を持つことを明らかにしました。