JP2016215934A - 車両の自動運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の自動走行中おける燃料消費量を最小にする。
【解決手段】車両の自動走行制御において、外部センサ（１）により検出された車両の周辺情報から、走行計画により設定された車両の目標速度を維持可能であるかが予測される。車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたときには、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中の複数の車両の走行計画が生成される。生成された複数の車両の走行計画のうちで最もエンジンの燃料消費量の少ない車両の走行計画が選別され、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中、選別された車両の走行計画に従ってエンジンおよび操舵装置の駆動が制御される。
【選択図】図２１

Description

本発明は車両の自動運転システムに関する。

車両の周辺情報を検出するための外部センサを具備しており、外部センサにより検出された車両の周辺情報と地図情報に基づいて、予め設定された目標ルートに沿った車両の走行計画が生成されると共に、生成された車両の走行計画に基づいて車両の自動走行を制御するようにした車両の自動運転システムが公知である（例えば特許文献１を参照）。この自動運転システムでは、車両の安全性や燃費性を考慮して車両の走行計画が生成されている。

特開２００８−１２９８０４号公報

しかしながら、この特許文献１には、どのようにして自動運転中における燃料消費量を低減することについて具体的に言及しておらず、従って、どのようにしたら自動運転中における燃料消費量を低減することができるかについては、よく分からない。
本発明は，自動運転中における燃料消費量を低減するための具体的手法を示した車両の自動運転システムを提供することにある。

即ち、本発明によれば、車両の周辺情報を検出するための外部センサと、電子制御ユニットとを具備しており、電子制御ユニットが、外部センサにより検出された車両の周辺情報と地図情報に基づいて、予め設定された目標ルートに沿った車両の走行計画を生成し、かつ生成された車両の走行計画に基づいて車両の自動走行を制御するように構成されている車両の自動運転システムにおいて、外部センサにより検出された車両の周辺情報から、走行計画により設定された車両の目標速度を維持可能であるか、又は車両の目標速度を一時的に維持できなくなるかを予測し、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたときには、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中の車両の複数の走行計画を生成し、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中の車両の複数の走行計画のうちで最もエンジンの燃料消費量の少ない車両の走行計画を選別し、車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中、選別された車両の走行計画に従ってエンジンおよび操舵装置の駆動を制御する車両の自動運転システムが提供される。

車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたときに、最も燃料消費量の少なくなる車両の走行計画を生成し、この走行計画に基づいて車両を走行させることによって燃料消費量を的確に低減することができる。

図１は、車両の自動運転システムの構成を示すブロック図である。 図２は、車両の側面図である。 図３は、自車両の進路の軌跡を説明するための図である。 図４は、自車両の進路の軌跡を説明するための図である。 図５は、走行計画を生成するためのフローチャートである。 図６は、走行制御を行うためのフローチャートである。 図７Ａ,７Ｂおよび７Ｃは、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲの変化およびこの要求駆動トルクＴＲの算出方法を説明するための図である。 図８は、車両の走行計画に基づくエンジン駆動制御の制御構造図である。 図９Ａおよび９Ｂは、エンジン等を示す図である。 図１０は、車速、エンジン回転数、エンジン出力トルク等の変化を示すタイムチャートである。 図１１は、車両の走行パターンの一例を示す図である。 図１２は、図１１のＡパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図１３は、図１１のＢパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図１４は、図１１のＣパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図１５は、単位走行距離当りの燃料消費量を示す図である。 図１６は、車両の走行パターンの別の例を示す図である。 図１７は、図１６のＡパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図１８は、図１６のＢパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図１９は、図１６のＣパターンでもって車両の走行計画が生成されたときの燃料消費量等の変化を示す図である。 図２０は、単位走行距離当りの燃料消費量を示す図である。 図２１は、車両の走行計画を生成するためのフローチャートである。 図２２Ａおよび図２２Ｂは、図２１のＡ部分の夫々別の例を示す図である。

図１は、自動車等の車両に搭載されている車両の自動運転システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、この車両の自動運転システムは、車両の周辺情報を検出する外部センサ１と、ＧＰＳ[Global Positioning System] 受信部２と、内部センサ３と、地図データベース４と、ナビゲーションシステム５と、種々のアクチュエータ６と、ＨＭＩ [Human Machine Interface] ７と、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０とを備えている。

図１において、外部センサ１は、車両Ｖの周辺情報である外部状況を検出するための検出機器を示しており、この外部センサ１は、カメラ、レーダー [Radar] 、およびライダー [LIDER : Laser Imaging Detection and Ranging] のうち少なくとも一つを含んでいる。カメラは、例えば、図２において符号８で示されるように、車両Ｖのフロントガラスの裏側に設けられており、このカメラ８によって車両Ｖの前方が撮影される。このカメラ８による撮影情報は電子制御ユニット１０へ送信される。一方、レーダーは、電波を利用して車両Ｖの外部の障害物を検出する装置である。このレーダーでは、レーダーから車両Ｖの周囲に発射された電波の反射波から車両Ｖの周囲の障害物を検出され、レーダーにより検出された障害物情報は電子制御ユニット１０へ送信される。

ライダーは、レーザー光を利用して車両Ｖの外部の障害物を検出する装置である。このライダーは、例えば、図２において符号９で示されるように、車両Ｖの屋根上に設置される。このライダー９では、車両Ｖの全周囲に向けて順次照射されたレーザー光の反射光から障害物までの距離が計測され、車両Ｖの全周囲における障害物の存在が三次元の形で検出される。このライダー９により検出された三次元の障害物情報は電子制御ユニット１０へ送信される。

図１において、ＧＰＳ受信部２では、３個以上のＧＰＳ衛星から信号が受信され、それにより車両Ｖの位置（例えば車両Ｖの緯度及び経度）が検出される。ＧＰＳ受信部２により検出された車両Ｖの位置情報は電子制御ユニット１０へ送信される。

図１において、内部センサ３は、車両Ｖの走行状態を検出するための検出機器を示している。この内部センサ３は、車速センサ、加速度センサ、およびヨーレートセンサのうち少なくとも一つを含んでいる。車速センサは、車両Ｖの速度を検出する検出器である。加速度センサは、例えば、車両Ｖの前後方向の加速度を検出する検出器である。ヨーレートセンサは、車両Ｖの重心の鉛直軸周りの回転角速度を検出する検出器である。これら車速センサ、加速度センサ、およびヨーレートセンサにより検出された情報は電子制御ユニット１０へ送信される。

図１において、地図データベース４は、地図情報に関するデータベースを示しており、この地図データベース４は、例えば、車両に搭載されたＨＤＤ [Hard disk drive] 内に記憶されている。地図情報には、例えば、道路の位置情報、道路形状の情報（例えばカーブと直線部の種別、カーブの曲率等）、交差点及び分岐点の位置情報が含まれている。なお、図１に示される実施例では、この地図データベース４に、車両が走行車線の真ん中を走行せしめられたときに、ライダー９を用いて作成された外部の固定障害物の三次元基礎データが記憶されている。

図１において、ナビゲーションシステム５は、車両Ｖの運転者によって設定された目的地まで、車両Ｖの運転者に対して案内を行う装置である。このナビゲーションシステム５では、ＧＰＳ受信部２により測定された車両Ｖの現在の位置情報と地図データベース４の地図情報とに基づいて、目的地に至るまでの目標ルートが演算される。この車両Ｖの目標ルートの情報が電子制御ユニット１０へ送信される。

図１において、ＨＭＩ６は、車両Ｖの乗員と車両の自動運転システムとの間で情報の出力および入力を行うためのインターフェイスを示しており、このＨＭＩ６は、例えば、乗員に画像情報を表示するためのディスプレイパネル、音声出力のためのスピーカ、および乗員が入力操作を行うための操作ボタン或いはタッチパネル等を備えている。ＨＭＩ６において、乗員により自動走行を開始すべき入力操作がなされると、電子制御ユニット１０に信号が送られて自動走行が開始され、また、乗員により自動走行を停止すべき入力操作がなされると、ＥＣＵ１０に信号が送られて自動走行が停止される。

図１において、アクチュエータ７は、車両Ｖの走行制御を実行するために設けられており、このアクチュエータ７は、少なくとも、アクセルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、および操舵アクチュエータを含んでいる。アクセルアクチュエータは、電子制御ユニット１０からの制御信号に応じてスロットル開度を制御し、それにより車両Ｖの駆動力を制御する。ブレーキアクチュエータは、電子制御ユニット１０からの制御信号に応じてブレーキペダルの踏み込み量を制御し、それにより車両Ｖの車輪に付与する制動力を制御する。操舵アクチュエータは、電子制御ユニット１０からの制御信号に応じて電動パワーステアリングシステムの操舵アシストモータの駆動を制御し、それにより、車両Ｖの操舵作用を制御する。

電子制御ユニット１０は、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ [Central Processing Unit] 、ＲＯＭ [Read Only Memory] 、ＲＡＭ [Random Access Memory] 等を有する。なお、図１には、一つの電子制御ユニット１０を用いた場合が示されているが、複数の電子制御ユニットを用いることもできる。図１に示されるように、電子制御ユニット１０は、車両位置認識部１１、外部状況認識部１２、走行状態認識部１３、走行計画生成部１４、および走行制御部１５を有している。

本発明による実施例では、車両位置認識部１１において、自動走行が開始されたときの地図上における最初の車両Ｖの位置が、ＧＰＳ受信部２で受信した車両Ｖの位置情報に基づいて認識される。自動走行が開始されたときの最初の車両Ｖの位置が認識されると、その後は外部状況認識部１２において、車両Ｖの外部状況の認識と、車両Ｖの正確な位置の認識とが行われる。即ち、外部状況認識部１２では、外部センサ１の検出結果（例えばカメラ８の撮像情報、レーダーからの障害物情報、ライダー９からの障害物情報等）に基づいて、車両Ｖの外部状況が認識される。この場合、外部状況には、車両Ｖに対する走行車線の白線の位置、車両Ｖに対する車線中心の位置、道路幅、道路の形状（例えば走行車線の曲率、路面の勾配変化等）、車両Ｖの周辺の障害物の状況（例えば、固定障害物と移動障害物を区別する情報、車両Ｖに対する障害物の位置、車両Ｖに対する障害物の移動方向、車両Ｖに対する障害物の相対速度等）が含まれる。

この外部状況認識部１２では、自動走行が開始されたときの最初の車両Ｖの位置が、ＧＰＳ受信部２で受信した車両Ｖの位置情報に基づき認識されたときに、ライダー９により地図データベース４に記憶されている外部の固定障害物の三次元基礎データと、ライダー９により検出された現在の車両Ｖの外部の固定障害物の三次元検出データとを比較することによって、現在の車両Ｖの正確な位置が認識される。具体的に言うと、ライダー９を用いて検出された外部の固定障害物の三次元画像を少しずつ、ずらしながらこの三次元画像が、記憶されている外部の固定障害物の三次元基礎画像上にぴたり重なる画像位置を見つけ出し、このときの三次元画像のずらした量が、車両の走行車線の真ん中からのずれ量を表すことになるので、このずれ量から現在の車両Ｖの正確な位置が認識できることになる。

なお、このように車両の走行車線の真ん中からのずれ量が求まると、車両の自動走行が開始されたときに、車両が走行車線の真ん中を走行するように車両の走行が制御される。車線の走行中、ライダー９により検出された外部の固定障害物の三次元画像が、記憶されている外部の固定障害物の三次元基礎画像上にぴたり重なる画像位置を見つけ出す作業は、継続して行われ、車両が、運転者によって設定された目標ルートの走行車線の真ん中を走行するように、車両の走行が制御される。なお、この外部状況認識部１２では、ライダー９により検出された外部の障害物（固定障害物および移動障害物）の三次元画像と、記憶されている外部の固定障害物の三次元基礎画像とを比較することにより、歩行者のような移動障害物の存在が認識される。

走行状態認識部１３では、内部センサ３の検出結果（例えば車速センサからの車速情報、加速度センサからの加速度情報、ヨーレートセンサの回転角速度情報等）に基づいて、車両Ｖの走行状態が認識される。車両Ｖの走行状態には、例えば、車速、加速度および車両Ｖの重心の鉛直軸周りの回転角速度が含まれる。

走行計画生成部１４では、地図データベース４の地図情報、車両位置認識部１１および外部状況認識部１２で認識された自車両Ｖの位置、外部状況認識部１２で認識された自車両Ｖの外部状況（他車両の位置や進行方向等）および内部センサ３により検出された自車両Ｖの速度や加速度等に基づいて、運転者により設定された目標ルートに沿う自車両Ｖの走行計画が作成される、即ち、自車両の進路が決定される。この場合、進路は、法令を順守しつつ、安全にかつ最短時間で目的地に到達するように決定される。次に、この進路の決定の仕方について図３および図４を参照しつつ簡単に説明する。

図３および図４は、ｘｙ平面に直交する軸を時間軸ｔとした三次元空間を示している。
図３においてＶはｘｙ平面上に存在する自車両を示しており、ｘｙ平面におけるｙ軸方向が自車両Ｖの進行方向とされる。また、図３においてＲは自車両Ｖが現在走行している道路を示している。走行計画生成部１４では、図３においてＰで示されるように、ｘｙｚ軸からなる三次元空間内に自車両Ｖの今後の進路の軌跡が生成される。この軌跡の初期位置は現在の自車両Ｖの位置であり、このときの時刻ｔが零とされ（時刻ｔ＝０）、このときの自車両Ｖの位置が（ｘ（０）、ｙ（０））とされる。また、自車両Ｖの走行状態は車速
ｖと進行方向θで表され、時刻ｔ＝０における自車両Ｖの走行状態は（ｖ（０）、θ（０））とされる。

さて、自車両Ｖが時刻ｔ＝０からΔｔ時間（０．１〜０．５秒）経過する間に行われる運転操作は、予め設定されている複数の操作の中から選択される。具体的な例を挙げると、加速度については−１０〜＋３０Ｋｍ/ｈ/ｓｅｃの範囲内で予め設定されている複数の値の中から選択され、操舵角については−７〜＋７度／ｓｅｃの範囲で予め設定されている複数の値の中から選択される。この場合、一例を挙げると、複数の加速度の値と複数の操舵角の値の全ての組み合わせについて、Δｔ時間後（ｔ＝Δｔ）の自車両Ｖの位置（ｘ（１）、ｙ（１））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（１）、θ（１））とが求められ、次いで更にΔｔ時間後、即ち２Δｔ時間後（ｔ＝２Δｔ）の自車両Ｖの位置（ｘ（２）、ｙ（２））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（２）、θ（２））が求められる。同様にして、ｎΔｔ時間後（ｔ＝ｎΔｔ）の自車両Ｖの位置（ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（ｎ）、θ（ｎ））が求められる。

走行計画生成部１４では、複数の加速度の値と複数の操舵角の値の組み合わせについて夫々求められた自車両Ａの位置（ｘ、ｙ）を結ぶことによって複数の進路の軌跡が生成される。図３のＰは、このようにして得られた軌跡のうちの代表的な一つの軌跡を示している。複数の進路の軌跡が生成されると、これらの軌跡の中から、法令を順守しつつ、安全にかつ最短時間で目的地に到達しうる軌跡が選択され、この選択された軌跡が自車両Ｖの進路として決定される。なお、図３において、この軌跡の道路Ｒ上におけるｘｙ平面上への投影図が自車両Ｖの実際の進路となる。

次に、図４を参照しつつ、複数の進路の軌跡の中から、法令を順守しつつ、安全にかつ最短時間で目的地に到達しうる軌跡を選択する方法の一例について簡単に説明する。図４においてＶは、図３と同様に、自車両を示しており、Ａは自車両Ｖの前方で自車両Ｖと同一方向に進行している他車両を示している。なお、図４には、自車両Ｖについて生成された複数の進路の軌跡Ｐが示されている。さて、走行計画生成部１４では、他車両Ａについても複数の加速度の値と複数の操舵角の値の組み合わせについて複数の進路の軌跡が生成され、他車両Ａについて生成された複数の進路の軌跡が図４においてＰ’ で示されている。

走行計画生成部１４では、最初に、外部状況認識部１２により認識された外部情報に基づいて、軌跡Ｐに従って自車両Ｖが進行したときに、自車両Ｖが道路Ｒ内を走行しうるか否か、および固定障害物或いは歩行者と接触しないか否かが、全ての軌跡Ｐについて判別される。軌跡Ｐに従って自車両Ｖが進行したときに、自車両Ｖが道路Ｒ内を走行し得ないと判別されたとき、或いは自車両Ｖが固定障害物或いは歩行者と接触すると判別されたときには、当該軌跡Ｐは選択肢から除外され、残りの軌跡Ｐについて他車両Ａとの干渉の程度について判別される。

即ち、図４において、軌跡Ｐと 軌跡Ｐ’とが交差したときは、交差した時刻ｔにおいて自車両Ｖと他車両Ａとが衝突することを意味している。従って、最も単純な判別方法を用いた場合には、上述の残りの軌跡Ｐのうちで軌跡Ｐ’と交差する軌跡Ｐが存在する場合には、軌跡Ｐ’ と交差する軌跡Ｐは選択肢から除外され、残りの軌跡Ｐの中から最短時間で目的地に到達しうる軌跡Ｐが選択される。なお、この場合、判別方法が若干複雑となるが、軌跡Ｐと軌跡Ｐ’とが交差したとしても、衝突の程度の軽い軌跡Ｐを最適な軌跡として選択するような選択方法を採用することもできる。このようにして複数の進路の軌跡Ｐの中から、法令を順守しつつ、安全にかつ最短時間で目的地に到達しうる軌跡Ｐが選択される。

軌跡Ｐが選択されると、選択された軌跡Ｐ上の時刻ｔ＝Δｔにおける自車両Ｖの位置（ｘ（１）、ｙ（１））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（１）、θ（１））、選択された軌跡Ｐ上の時刻ｔ＝２Δｔにおける自車両Ｖの位置（ｘ（２）、ｙ（２））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（２）、θ（２））、・・・・・選択された軌跡Ｐ上の時刻ｔ＝ｎΔｔにおける自車両Ｖの位置（ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ））と自車両Ｖの走行状態（ｖ（ｎ）、θ（ｎ））が走行計画生成部１４から出力され、これら自車両Ｖの位置と自車両Ｖの走行状態に基づき走行制御部１５において自車両の走行が制御される。

次いで、時刻ｔ＝Δｔになると、このときの時刻ｔを零とし（時刻ｔ＝０）、自車両Ｖの位置を（ｘ（０）、ｙ（０））とし、自車両Ｖの走行状態を（ｖ（０）、θ（０））とて、再び、複数の加速度の値と複数の操舵角の値の組み合わせについて複数の進路の軌跡Ｐが生成され、これら軌跡Ｐの中から最適な軌跡Ｐが選定される。最適な軌跡Ｐが選定されると、選択された軌跡Ｐ上の各時刻ｔ＝Δｔ、２Δｔ、・・・ｎΔｔにおける自車両Ｖの位置と自車両Ｖの走行状態が、走行計画生成部１４から出力され、これら自車両Ｖの位置と自車両Ｖの走行状態に基づき走行制御部１５において自車両の走行が制御される。以後、これが繰り返される。

次に、車両の自動運転システムにおいて実行される基本的な処理について、図５および図６に示されるフロ一一チャートを参照しつつ簡単に説明する。例えば運転者がナビゲーションシステム５において目的地を設定し、ＨＭＩ７において自動走行を開始すべき入力操作を行うと、電子制御ユニット１０において図５で示される走行計画の生成ルーチンが繰り返し実行される。

即ち、まず初めにステップ２０では、ＧＰＳ受信部２で受信した車両Ｖの位置情報に基づいて、車両位置認識部１１により、自車両Ｖの位置が認識される。次いで、ステップ２１では、外部センサ１の検出結果から、外部状況認識部１２により、自車両Ｖの外部状況および自車両Ｖの正確な位置が認識される。次いで、ステップ２２では、内部センサ３の検出結果から、走行状態認識部１３により、車両Ｖの走行状態が認識される。次いで、ステップ２３では、図３および図４を参照しつつ説明したようにして、走行計画生成部１４により、車両Ｖの走行計画が生成される。この走行計画に基づいて車両の走行制御が行われる。この車両の走行制御を行うためのルーチンが図６に示されている。

図６を参照すると、まず初めに、ステップ３０において、走行計画生成部１４により生成された走行計画、即ち、選択された軌跡Ｐ上のｔ＝Δｔからｔ＝ｎΔｔまでの各時刻における自車両Ｖの位置（ｘ、ｙ）と自車両Ｖの走行状態（ｖ、θ）が読み込まれる。次いで、これらの各時刻における自車両Ｖの位置（ｘ、ｙ）と自車両Ｖの走行状態（ｖ、θ）に基づいて、ステップ３１では、車両Ｖのエンジンの駆動制御およびエンジン補機の制御等が行われ、ステップ３２では、車両Ｖの制動制御および制動灯の点灯制御等が行われ、ステップ３３では、操舵制御および方向指示灯の制御等が行われる。これらの制御は、ステップ３０において、更新された新たな走行計画を取得するごとに更新される。

このようにして、生成された走行計画に沿った車両Ｖの自動走行が行われる。車両Ｖの自動走行が行われて、車両Ｖが目的地に到着した場合に、或いは、車両Ｖの自動走行が行われている途中で、運転者によりＨＭＩ７に自動走行を停止させる入力操作が行われた場合に、自動走行が終了せしめられる。

次に、図７Ａを参照しつつ、走行計画生成部１４により生成された走行計画に基づく車両Ｖのエンジンの駆動制御の一例について概略的に説明する。この図７Ａには、道路状況と、車両Ｖの車速ｖと、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲとが示されている。なお、図７Ａにおいて、車速ｖは走行計画生成部１４による走行計画に基づく車速の一例を示しており、図７Ａに示される例は、時刻ｔ＝０では車両Ｖが停止しており、時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Δｔの間では車両Ｖの加速運転が行われ、時刻ｔ＝Δｔから時刻ｔ＝７Δｔの間では途中で上り勾配になったとしても定速走行が行われ、時刻ｔ＝７Δｔ以降の下り勾配では車速ｖが減速される場合を示している。

さて、本発明による実施例では、走行計画生成部１４による走行計画に基づく車速ｖから車両Ｖに加えるべき車両Ｖの進行方向の加速度Ａ（ｎ）が求められ、この加速度Ａ（ｎ）から車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが求められ、車両Ｖに対する駆動トルクがこの要求駆動トルクＴＲとなるようにエンジンが駆動制御される。例えば、図７Ｂに示されるように、質量Ｍの車両が時間Δｔの間にｖ（ｎ）からｖ（ｎ＋１）に加速されたとすると、このときの車両Ｖの進行方向の加速度Ａ（ｎ）は図７Ｂに示されるように加速度Ａ（ｎ）＝（ｖ（ｎ＋１）―ｖ（ｎ））/Δｔで表される。このとき車両Ｖに対し働く力をＦとすると、この力Ｆは車両Ｖの質量Ｍと加速度Ａ（ｎ）との積（＝Ｍ・Ａ（ｎ））で表される。一方、車両Ｖの駆動輪の半径をｒとすると、車両Ｖに対する駆動トルクＴＲはＦ・ｒで表され、従って車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲは、Ｃを定数とすると、Ｃ・Ａ（ｎ）（＝Ｆ・ｒ＝Ｍ・Ａ（ｎ）・ｒ）で表されることになる。

車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲ（＝Ｃ・Ａ（ｎ））が求まると、車両Ｖに対する駆動トルクがこの要求駆動トルクＴＲとなるようにエンジンが駆動制御される。具体的に言うと、車両Ｖに対する駆動トルクがこの要求駆動トルクＴＲとなるように、エンジン出力トルクおよび変速機の変速比が制御され、このエンジン出力トルクが発生するようにスロットル弁５６の開度が制御される。このエンジンの駆動制御については、後に再度説明する。

一方、道路が上り勾配の場合には、平坦路の場合に比べて、車両Ｖを走行させるのに大きな駆動トルクが必要になる。即ち、図７Ｃに示されるように、上り勾配においては、重力の加速度をｇとし、勾配をθとすると、質量Ｍの車両Ｖには、車両Ｖを後退させる方向に加速度ＡＸ（＝ｇ・SINθ）が作用する。即ち、車両Ｖには減速度ＡＸ（＝ｇ・SINθ）が作用する。このとき、車両Ｖが後退しないようにするのに必要な車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲは、Ｃを定数とすると、Ｃ・ＡX（＝Ｆ・ｒ＝Ｍ・ＡX・ｒ）で表される。従って、車両Ｖが上り勾配を走行しているときには、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが、この駆動トルクＣ・ＡXだけ増大せしめられる。

従って、図７Ａに示される例では、車両Ｖの加速運転が行われている時刻ｔ＝０から時刻ｔ＝Δｔの間では、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが増大され、車両Ｖが平坦路上を定速走行している時刻ｔ＝Δｔから時刻ｔ＝３Δｔの間では、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが若干減少され、車両Ｖが上り勾配上を定速走行している時刻ｔ＝３Δｔから時刻ｔ＝５Δｔの間では、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが大幅に増大され、車両Ｖが平坦路上を定速走行している時刻ｔ＝５Δｔから時刻ｔ＝７Δｔの間では、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが、上り勾配上を定速走行しているときに比べて減少され、車両Ｖが下り勾配上を若干減速して定速走行している時刻ｔ＝７Δｔ以降では、車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが更に減少される。

図８は、車両の走行計画に基づくエンジン駆動制御の制御構造図を示している。走行計画４０に基づき生成された現在（時刻ｔ＝０）の車速をｖ（０）とした場合、本発明による実施例では、Δｔ時間後の時刻ｔ＝Δｔにおける車速を、走行計画４０に基づき生成された車速ｖ（１）に制御するフィードフォワード制御と、実際の車速を走行計画４０に基づき生成された車速ｖに制御するフィードバック制御とが同時に平行して行われている。この場合、これらフィードフォワード制御とフィードバック制御とを同時に説明すると分かりづらいので、最初にフィードフォワード制御について説明し、続いてフィードバック制御について説明する。

図８を参照すると、フィードフォワード制御部４１では、走行計画４０に基づき生成された現在（時刻ｔ＝０）の車速ｖ（０）と、時刻ｔ＝Δｔにおける車速ｖ（１）に基づき、車速ｖ（０）からｖ（１）に変化するときの車両Ｖの進行方向の加速度Ａ（１）＝（ｖ（２）―ｖ（１））/Δｔが演算される。一方、勾配補正部４２では、図７Ｃを参照しつつ説明した、上り勾配或いは下り勾配における加速度ＡＸ（＝ｇ・SINθ）が演算される。これらのフィードフォワード制御部４１で得られた加速度Ａ（１）と勾配補正部４３で得られた加速度ＡＸが加算され、要求駆動トルクＴＲの演算部４４において、フィードフォワード制御部４１で得られた加速度Ａ（１）と勾配補正部４３で得られた加速度ＡＸとの和（Ａ（１）＋ＡＸ）から車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが演算される。

この加速度の和（Ａ（１）＋ＡＸ）は、車速をｖ（０）からｖ（１）に変化させるのに必要な加速度を表しており、従ってこの加速度の和（Ａ（１）＋ＡＸ）に基づいて車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが変化せしめられると、時刻ｔ＝Δｔにおける車速は計算上ｖ（１）になる。従って、続くエンジン駆動制御部４５では、車両Ｖに対する駆動トルクがこの要求駆動トルクＴＲとなるようにエンジンが駆動制御され、それによって車両が自動走行される。このように、加速度の和（Ａ（１）＋ＡＸ）に基づいて車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが変化せしめられると、時刻ｔ＝Δｔにおける車速は計算上ｖ（１）になる。しかしながら、実際の車速はｖ（１）からずれ、このずれをなくすために、フィードバック制御が行われている。

即ち、フィードバック制御部４３では、走行計画４０に基づき生成された現在の車速ｖ（０）と実際の車速ｖｚとの差（＝ｖ（０）―ｖｚ）が零になるように、即ち、実際の車速ｖｚが走行計画４０に基づき生成された現在の車速ｖ（０）となるように車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲがフィードバック制御される。具体的には、フィードバック制御部４１では、現在の車速ｖ（０）と実際の車速ｖｚとの差（＝ｖ（０）―ｖｚ）に予め設定されたゲインＧを乗算した値（ｖ（０）―ｖｚ）・Ｇが演算され、フィードフォワード制御部４１で得られた加速度Ａ（１）にフィードバック制御部４１で得られた（ｖ（０）―ｖｚ）・Ｇの値が加算される。

このようにして実際の車速ｖｚが走行計画４０に基づき生成された車速ｖ（ｎ）に制御される。なお、走行計画４０では各時刻ｔ＝０、ｔ＝Δｔ、ｔ＝２Δｔ・・・における各車速ｖ（０）、ｖ（１）、ｖ（２）・・・が生成され、フィードフォワード制御部４１ではこれらの車速ｖ（ｎ）に基づいて各時刻ｔ＝０、ｔ＝Δｔ、ｔ＝２Δｔ・・・における車両Ｖの進行方向の加速度Ａ（１）、Ａ（２）、Ａ（３）・・・が演算され、要求駆動トルクＴＲの演算部４４では、これら加速度Ａ（１）、Ａ（２）、Ａ（３）・・・に基づいて各時刻ｔ＝０、ｔ＝Δｔ、ｔ＝２Δｔ・・・における車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲが演算される。即ち、要求駆動トルクＴＲの演算部４４では、各時刻ｔ＝０、ｔ＝Δｔ、ｔ＝２Δｔ・・・における将来の要求駆動トルクＴＲの予測値が演算されている。

次に、演算されたこの要求駆動トルクＴＲの予測値に基づくエンジンおよび操舵装置の駆動制御について、簡単に説明する。なお、その前に、このエンジンの駆動制御に関連するエンジン部分および操舵装置について、先に説明する。図９Ａは、エンジン全体および操舵装置を図解的に示している。図９Ａを参照すると、５０はエンジン本体、５１は燃焼室、５２は吸気マニホルド、５３は排気マニホルド、５４は吸気マニホルド５２の各吸気枝管に夫々配置された燃料噴射弁、５５は吸気ダクト、５６は吸気ダクト５５内に配置されたスロットル弁、５７はスロットル弁５６を駆動するためのアクチュエータ、５８は排気ターボチャージャ、５９はエアクリーナ、６０は触媒コンバータ、６１は排気マニホルド５３内の排気ガスを吸気マニホルド５２内は再循環するための排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路、６２はＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ制御弁、６３はエンジン本体５０に取り付けられた自動変速機を夫々示す。

吸入空気はエアクリーナ５９、排気ターボチャージャ５８の吸気コンプレッサ５８ａ、吸気ダクト５５、吸気マニホルド５２を介して燃焼室５１内に供給され、燃焼室５１から排気マニホルド５３内に排出された排気ガスは排気ターボチャージャ５８の排気タービン５８ｂおよび触媒コンバータ６０を介して大気中に排出される。なお、図９Ａにおいて、６４は操舵装置を示しており、この操舵装置６４は、ステアリングホイール６５と、ステアリングホイール６５の回転力を操舵輪の操舵機構に伝達するためのステアリングシャフト６６と、電動パワーステアリングシステム６７とを具備している。走行制御部１５から操舵すべき要求が発せられると、電動パワーステアリングシステム６７の操舵アシストモータが駆動されてステアリングシャフト６６が回転せしめられ、それによって操舵作用が行われる。

図９Ａに示される自動変速機６３は、有段の自動変速機又は無段変速機からなる。この自動変速機６３の変速比は、図８の演算部４４において演算された要求駆動トルクＴＲと車速ｖとの関数であり、この自動変速機６３の変速比ＧＲは、要求駆動トルクＴＲと車速ｖとの関数として、図９Ｂに示されるマップの形で予め電子制御ユニット１０（図１）のＲＯＭ内に記憶されている。概略的にいうと、この自動変速機６３の変速比ＧＲは車速ｖが高くなると小さくなる。

図１０は、走行計画に基づき生成された車速ｖの代表的な変化に対する、要求駆動トルクＴＲの変化と、自動変速機６３の変速比ＧＲの変化と、エンジン回転数の変化と、エンジン出力トルクの変化とを示している。図１０に示されるように、走行計画に基づき生成された車速ｖが上昇せしめられると、即ち加速運転が行われるときには、要求駆動トルクＴＲは大幅に増大される。一方、車速ｖが上昇せしめられると、それに伴って、変速比ＧＲは徐々に減少せしめられ、エンジン回転数は徐々に増大せしめられ、エンジン出力トルクも徐々に増大せしめられる。これに対し、走行計画に基づき生成された車速ｖが低下せしめられると、即ち減速運転が行われるときには、要求駆動トルクＴＲは負の値まで大幅に低下せしめられる。一方、車速ｖが低下せしめられると、それに伴って、変速比ＧＲは徐々に増大せしめられ、エンジン回転数は徐々に低下せしめられ、エンジン出力トルクが零、或いは零近くまで低下せしめられる。

さて、本発明による車両の自動運転システムは、車両の周辺情報を検出するための外部センサ１と、電子制御ユニット１０とを具備しており、電子制御ユニット１０は、外部センサ１により検出された車両の周辺情報と地図情報に基づいて、予め設定された目標ルートに沿った車両の走行計画を生成し、かつ生成された車両の走行計画に基づいて車両の自動走行を制御するように構成されている。この場合、電子制御ユニット１０では、生成された車両の走行計画に基づいて車両の目標速度が設定され、車両はこの設定された目標速度でもって走行せしめられる。

ところで、一般的に言うと、車両を加速させたり或いは減速させたりすることなく車両が一定の速度で走行せしめられたときにエンジンの燃料消費量は少なくなる。従って、車両の目標速度が設定された場合には、加速されたり或いは減速されたりすることなく車両がこの目標速度で走行せしめられたときにエンジンの燃料消費量は少なくなる。無論、この場合、車両の目標速度をエンジンの燃料消費量が最小となる速度に設定することが最も好ましいが、車両の目標速度をエンジンの燃料消費量が最小となる速度に設定しえない場合でも、車両の速度を目標速度に維持できればエンジンの燃料消費量を低く抑えることができる。

しかしながら、実際には、車両の自動運転中において、車両の速度を目標速度に維持し続けることはできず、車両を一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間が生ずる。このような目標速度外走行期間が生じると、この目標速度外走行期間中におけるエンジンの燃料消費量は、車両の速度を目標速度に維持した場合に比べて、通常は増大することになる。この場合、このときのエンジンの燃料消費量の増大量を低く抑えるほど、車両の自動運転中における燃料消費量を低く抑えることができることになる。一方、本発明では、自動運転中は、外部センサ１により車両の周辺情報を検出しており、従って車両を一時的に目標速度外の速度で走行させなければならなくなったときに、車両の周辺情報に基づいて、目標速度外走行期間中における種々の走行パターンを予測することができる。

このように種々の走行パターンを予測することができると、これらの種々の走行パターンを実行するための種々の走行計画に基づいて車両を走行させたときのエンジンの燃料消費量の増大量を予測することができる。このように、種々の走行計画に基づいて車両を走行させたときのエンジンの燃料消費量の増大量を予測することができると、これらの種々の走行計画の中で燃料消費量の増大量が最小となる走行計画を見つけ出すことができ、燃料消費量の増大量が最小となる走行計画でもって車両を走行させれば、車両の自動運転中における燃料消費量を低く抑えることができることになる。このように、本発明は、自動運転中において、車両の速度を目標速度に維持し続けることができなくなったときに、燃料消費量の増大量が最小となる走行計画に基づいて車両を走行させ、それによって車両の自動運転中における燃料消費量を低く抑えるようにしている。

次に、この燃料消費量の増大量が最小となる走行計画でもって車両を走行させる方法について、具体的な例を挙げながら説明する。図１１は、隣接する二つの走行レーンＲ１およびＲ２が存在していて、自車両Ｖが一方の走行レーンＲ１上を矢印方向に走行しており、自車両Ｖの進行方向前方に他車両Ｘが存在しており、他方の走行レーンＲ２上に右折をするために停止している他車両Ｙが存在している場合を示している。この場合、他車両Ｘおよび他車両Ｙの位置および動きは、外部センサ１により検出された車両の周辺情報から認識されている。

さて、他車両Ｘが自車両Ｖの目標速度以上の速度で走行している場合は何ら問題がなく、この場合には、自車両Ｖは目標速度で走行され続ける。これに対し他車両Ｘが自車両Ｖの目標速度よりも低い速度で走行しているか、或いは、他車両Ｘが減速して自車両Ｖの目標速度以下となり、その結果、自車両Ｖが目標速度を維持できなくなった場合には、他車両Ｘおよび他車両Ｙの位置および動きから、このとき取りうる多数の走行パターンが予測される。図１１には、このとき取りうる代表的な三つの走行パターンＡ，Ｂ，Ｃが示されている。なお、図１１の各パターンＡ，Ｂ，Ｃを実行するための走行計画における自車両Ｖの車速ｖの変化、エンジン回転数Ｎの変化，エンジン出力トルクＴｒの変化およびエンジンの燃料消費量Ｑの変化が夫々図１２、図１３および図１４に示されている。

図１１のパターンＡは、自車両Ｖが停車している他車両Ｙを追い抜いた後に走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更した場合を示しており、このときの走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１２に示されている。図１１のパターンＡおよび図１２を参照すると、このパターンＡでは、図１２の時刻ｔ_０ において自車両Ｖと、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離以下になったとすると、その後自車両Ｖと他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離に維持されるように、車速ｖが徐々に低下せしめられる。車速ｖが徐々に低下せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に低下し，エンジン出力トルクＴｒは零近くまで低下し、エンジンの燃料消費量Ｑは大きく低下する。次いで、自車両Ｖは、他車両Ｘと予め定められた車間距離を隔てつつ、他車両Ｘと同じ一定速度で他車両Ｘに追従して走行する。このときには、エンジン出力トルクＴｒが増大せしめられるために、エンジンの燃料消費量Ｑは増大する。

次いで、自車両Ｖが停車している他車両Ｙを追い抜いくと、自車両Ｖは走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更し、次いで車速ｖが自車両Ｖの目標速度ｖ_０となるように徐々に増大せしめられる。車速ｖが徐々に増大せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に増大し、エンジン出力トルクＴｒも徐々に増大し、エンジンの燃料消費量Ｑも徐々に増大する。車速ｖが徐々に増大せしめられて自車両Ｖが他車両Ｘを追い抜くと、自車両Ｖは走行レーンＲ２から走行レーンＲ１に車線変更される。次いで、図１２の時刻ｔ_１ において車速ｖが目標速度ｖ_０になると、自車両Ｖは再び目標速度ｖ_０に維持される。

図１２において時刻ｔ_０ と時刻ｔ_１ の間は、自車両Ｖを一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間ＤＰを示しており、この目標速度外走行期間ＤＰ中におけるエンジンの燃料消費量Ｑの総和は、図１２の燃料消費量Ｑにおいてハッチングの付された部分の面積で表される。一方、図１２において、ＤＳは、目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離を表しており、図１２には、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって、この走行距離ＤＳを走行したときのエンジンの燃料消費量ＱＡが示されている。この場合のエンジンの燃料消費量ＱＡの総和は、図１２の燃料消費量ＱＡにおいてハッチングの付された部分の面積で表される。

自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行せしめられたときのエンジンの燃料消費量ＱＡを基準燃料消費量ＱＡと称し、自車両Ｖが目標速度外の速度で走行せしめられたときのエンジンの燃料消費量Ｑを予測燃料消費量Ｑと称すると、予測燃料消費量Ｑの総和は、通常、基準燃料消費量ＱＡの総和に比べて増大する。従って、この燃料消費量の増大量から燃料消費量の少ない走行計画であるか否かが判別できることになる。なお、場合によっては、予測燃料消費量Ｑの総和が、基準燃料消費量ＱＡの総和に比べて減少する場合もあるので、この場合も考えると、基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの増大量が最小となるとき、又は基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの減少量が最大となるときに燃料消費量は最小になると言える。

図１１のパターンＢは、自車両Ｖが走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更した後、停車している他車両Ｙの後に付いた場合を示しており、このときの走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１３に示されている。図１１のパターンＢおよび図１３を参照すると、このパターンＢでは、図１３の時刻ｔ_０ において自車両Ｖの車速ｖが急速に低下せしめられ、次いで自車両Ｖは他車両Ｙの後に付いた後に停止せしめられる。この場合には、自車両Ｖの車速ｖが急速に低下せしめられると、エンジン回転数Ｎはただちに低下し，エンジン出力トルクＴｒも零近くまでただちに低下し、エンジンの燃料消費量Ｑもただちに低下する。

次いで、他車両Ｙが右折し、他車両Ｙが自車両Ｖの前方から消えると、車速ｖが自車両Ｖの目標速度ｖ_０となるように徐々に増大せしめられる。車速ｖが徐々に増大せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に増大し、エンジン出力トルクＴｒも徐々に増大し、エンジンの燃料消費量Ｑも徐々に増大する。次いで、図１３の時刻ｔ_１ において車速ｖが自車両Ｖの目標速度ｖ_０になると、自車両Ｖは再び目標速度ｖ_０に維持される。次いで、自車両Ｖが他車両Ｘを追い抜くと、自車両Ｖは走行レーンＲ２から走行レーンＲ１に車線変更される。

この図１３においても、時刻ｔ_０ と時刻ｔ_１ の間は、自車両Ｖを一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間ＤＰを示しており、ＤＳは、目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離を示している。また、図１３の燃料消費量Ｑにおいてハッチングの付された部分の面積は、目標速度外走行期間ＤＰ中における燃料消費量Ｑの総和、即ち予測燃料消費量Ｑの総和を示しており、図１３の燃料消費量ＱＡにおいてハッチングの付された部分の面積は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行距離ＤＳを走行したときの燃料消費量ＱＡの総和、即ち基準燃料消費量ＱＡの総和を示している。

図１１のパターンＣは、パターンＢと同様に、自車両Ｖが走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更した後、停車している他車両Ｙの後に付いた場合を示しており、このときの走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１４に示されている。図１１のパターンＣおよび図１４を参照すると、このパターンＣでは、図１３と同様に、図１４の時刻ｔ_０ において自車両Ｖの車速ｖが急速に低下せしめられ、次いで自車両Ｖは他車両Ｙの後に付いた後に停止せしめられる。この場合には、自車両Ｖの車速ｖが急速に低下せしめられると、エンジン回転数Ｎはただちに低下し，エンジン出力トルクＴｒも零近くまでただちに低下し、エンジンの燃料消費量Ｑもただちに低下する。

次いで、他車両Ｙが右折し、他車両Ｙが自車両Ｖの前方から消えると、図１４に示されるように、車速ｖは目標速度ｖ_０となるように急速に増大せしめられる。車速ｖが急速に増大せしめられると、エンジン回転数Ｎも急速に増大し、エンジン出力トルクＴｒも急速に増大し、エンジンの燃料消費量Ｑも急速に増大する。次いで、図１４の時刻ｔ_１ において車速ｖが自車両Ｖの目標速度ｖ_０になると、自車両Ｖは再び目標速度ｖ_０に維持される。次いで、自車両Ｖが他車両Ｘを追い抜くと、自車両Ｖは走行レーンＲ２から走行レーンＲ１に車線変更される。

この図１４においても、時刻ｔ_０ と時刻ｔ_１ の間は、自車両Ｖを一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間ＤＰを示しており、ＤＳは、目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離を示している。また、図１４の燃料消費量Ｑにおいてハッチングの付された部分の面積は、目標速度外走行期間ＤＰ中における燃料消費量Ｑの総和、即ち予測燃料消費量Ｑの総和を示しており、図１４の燃料消費量ＱＡにおいてハッチングの付された部分の面積は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行距離ＤＳを走行したときの燃料消費量ＱＡの総和、即ち基準燃料消費量ＱＡの総和を示している。

一般的に言うと、図１４に示されるように車速ｖが急速に増大せしめられた場合には、図１３に示されるように車速ｖが徐々に増大せしめられた場合に比べて、燃料消費量Ｑは増大する。しかしながら、図１４に示されるように車速ｖが急速に増大せしめられると、目標速度外走行期間ＤＰが短くなると共に目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離ＤＳが短くなるので、図１３に示される場合と、図１４に示される場合のいずれの場合の方が、基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの増大量が少なくなり、又は基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの減少量が多くなるかは、分からない。

図１５は、単位走行距離当りの等燃料消費量線を示しており、図１５において、等燃料消費量線ａ_１は燃料消費量が最も少ないときを示しており、燃料消費量は等燃料消費量線ａ_２、ａ_３、ａ_４の順で次第に増大する。図１５において、点ｖ_０は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行せしめられているときの単位走行距離当りの燃料消費量を示しており、従って図１５に示す例では、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行せしめられているときの単位走行距離当りの燃料消費量は最小となっている。なお、図１５において、Ａは、図１１のパターンＡおよび図１２に示される走行計画に基づいて車速ｖが制御されたときの単位走行距離当りの燃料消費量の変化を示しており、Ｂは、図１１のパターンＢおよび図１３に示される走行計画に基づいて車速ｖが制御されたときの単位走行距離当りの燃料消費量の変化を示しており、Ｃは、図１１のパターンＣおよび図１４に示される走行計画に基づいて車速ｖが制御されたときの単位走行距離当りの燃料消費量の変化を示している。

前述したように、図１２から図１４に示される走行計画は、代表的な走行計画であって、これらの走行計画以外に多数の走行計画が生成される。例えば、図１２から図１４において車速ｖが低下せしめられるときに燃料噴射弁５４からの燃料噴射が停止される走行計画や、図１３および図１４に示されるように自車両Ｖが停止したときに自車両Ｖが走行せしめられるまで一時的にエンジンの作動を停止する走行計画や、図１２において目標速度外走行期間ＤＰ中において車速ｖが一定に維持されているときに、車両をエンジンによる駆動力ではなく慣性でもって走行させる走行計画等、種々の走行計画が生成され、これらの走行計画の中から、目標速度外走行期間ＤＰ中における燃料消費量が最小となる走行計画が選別される。

次に、燃料消費量の増大量が最小となる走行計画でもって車両を走行させる方法の具体的な別の例について説明する。この別の例は、道路に配置された信号機が、赤から青への切り替え時刻および青から赤への切り替え時刻に関する信号を発生しており、この信号に基づいて走行計画を生成するようにした場合を示している。この例でも、図１６に示されるように、隣接する二つの走行レーンＲ１およびＲ２が存在していて、自車両Ｖが一方の走行レーンＲ１上を矢印方向に走行しており、自車両Ｖの進行方向前方に他車両Ｘが存在しており、信号機Ｓの信号が赤であるために他車両Ｘが信号機Ｓの手前で停止している場合を示している。この場合、信号機Ｓの赤から青への切り替え時刻および青から赤への切り替え時刻に関する信号および他車両Ｘの位置および動きは、外部センサ１により検出された車両の周辺情報から認識されている。

さて、図１６には、信号機Ｓの赤から青への切り替え時刻に基づいて、このとき取りうる代表的な三つの走行パターンＡ，Ｂ，Ｃが示されている。なお、図１６の各パターンＡ，Ｂ，Ｃを実行するための走行計画における自車両Ｖの車速ｖの変化、エンジン回転数Ｎの変化，エンジン出力トルクＴｒの変化およびエンジンの燃料消費量Ｑの変化が夫々図１７、図１８および図１９に示されている。

図１６のパターンＡは、信号機Ｓが赤から青へ切り替えられるのに一定時間以上かかると認識されたときの走行計画が示されている。この場合には、車両Ｖが停車している他車両Ｘの後で停止され、他車両Ｘが走行を開始したときに自車両Ｖの走行が開始される。この場合の走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１７に示されている。図１６のパターンＡおよび図１７を参照すると、このパターンＡでは、図１７の時刻ｔ_０ において自車両Ｖの車速ｖが急速に低下せしめられた後、他車両Ｘの後で停止される。車速ｖが急速に低下せしめられると、エンジン回転数Ｎは急速に低下し，エンジン出力トルクＴｒは零近くまで低下し、エンジンの燃料消費量Ｑは大きく低下する。

次いで、信号機Ｓが赤から青へ切り替えられ、他車両Ｘの走行が開始されると自車両Ｖは車速ｖが目標速度ｖ_０となるように徐々に増大せしめられる。車速ｖが徐々に増大せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に増大し、エンジン出力トルクＴｒも徐々に増大し、エンジンの燃料消費量Ｑも徐々に増大する。次いで、図１７の時刻ｔ_１ において車速ｖが目標速度ｖ_０になると、自車両Ｖは再び目標速度ｖ_０に維持される。

この図１７においても、時刻ｔ_０ と時刻ｔ_１ の間は、自車両Ｖを一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間ＤＰを示しており、ＤＳは、目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離を示している。また、図１７の燃料消費量Ｑにおいてハッチングの付された部分の面積は、目標速度外走行期間ＤＰ中における燃料消費量Ｑの総和、即ち予測燃料消費量Ｑの総和を示しており、図１７の燃料消費量ＱＡにおいてハッチングの付された部分の面積は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行距離ＤＳを走行したときの燃料消費量ＱＡの総和、即ち基準燃料消費量ＱＡの総和を示している。

図１６のパターンＢは、自車両Ｖを少し減速させると自車両Ｖが信号機Ｓに達した頃には信号機Ｓが赤から青へ切り替えられると認識されたときの走行計画が示されている。この場合には、自車両Ｖが減速されると共に自車両Ｖが走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更される。この場合の走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１８に示されている。図１６のパターンＢおよび図１８を参照すると、このパターンＢでは、図１８の時刻ｔ_０ において自車両Ｖの車速ｖが徐々に低下せしめられる。車速ｖが徐々に低下せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に低下し，エンジン出力トルクＴｒも徐々に低下し、エンジンの燃料消費量Ｑも徐々に低下する。

次いで、信号機Ｓが赤から青へ切り替えられと、自車両Ｖは車速ｖが目標速度ｖ_０となるように徐々に増大せしめられる。車速ｖが徐々に増大せしめられると、エンジン回転数Ｎは徐々に増大し、エンジン出力トルクＴｒも徐々に増大し、エンジンの燃料消費量Ｑも徐々に増大する。次いで、図１８の時刻ｔ_１ において車速ｖが目標速度ｖ_０になると、自車両Ｖは再び目標速度ｖ_０に維持される。

この図１８においても、時刻ｔ_０ と時刻ｔ_１ の間は、自車両Ｖを一時的に目標速度外の速度で走行させなければならない目標速度外走行期間ＤＰを示しており、ＤＳは、目標速度外走行期間ＤＰ中における自車両Ｖの走行距離を示している。また、図１８の燃料消費量Ｑにおいてハッチングの付された部分の面積は、目標速度外走行期間ＤＰ中における燃料消費量Ｑの総和、即ち予測燃料消費量Ｑの総和を示しており、図１８の燃料消費量ＱＡにおいてハッチングの付された部分の面積は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行距離ＤＳを走行したときの燃料消費量ＱＡの総和、即ち基準燃料消費量ＱＡの総和を示している。

図１９のパターンＣは自車両Ｖが信号機Ｓに到達する前に信号機Ｓが赤から青へ切り替えられると認識されたときの走行計画が示されている。この場合には、自車両Ｖは目標速度ｖ_０を維持したまま、走行レーンＲ１から走行レーンＲ２に車線変更される。この場合の走行計画に基づく車速ｖ等の変化が図１９に示されている。図１６のパターンＣおよび図１９を参照すると、このパターンＣでは、自車両Ｖは目標速度ｖ_０に維持され続ける。

図２０は、図１５と同様な、単位走行距離当りの等燃料消費量線を示しており、図１５と同様に、燃料消費量は等燃料消費量線ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４の順で次第に増大する。図２０において、点ｖ_０は、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行せしめられているときの単位走行距離当りの燃料消費量を示している。なお、図１５において、Ａは、図１６のパターンＡおよび図１７に示される走行計画に基づいて車速ｖが制御されたときの単位走行距離当りの燃料消費量の変化を示しており、Ｂは、図１６のパターンＢおよび図１８に示される走行計画に基づいて車速ｖが制御されたときの単位走行距離当りの燃料消費量の変化を示している。この例においても、図１７および図１８に示される走行計画は、代表的な走行計画であって、これらの走行計画以外に目標速度外走行期間ＤＰ中における多数の走行計画が生成される。

図２１は、本発明を実施するために、図５のステップ２３において実行される走行計画の生成ルーチンを示している。図２１を参照すると、まず初めにステップ７０において、図５のステップ２０において認識された自車両Ｖの位置、ステップ２１において認識された自車両Ｖの外部状況および自車両Ｖの正確な位置、およびステップ２２おいて認識された自車両Ｖの走行状態に基づいて走行計画が生成され、生成された走行計画に基づいて自車両Ｖの目標速度ｖ_０が設定される。次いで、ステップ７１では、自車両Ｖの外部状況から、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を維持可能であるか、又は自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなるかが予測され、この予測に基づいて、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を維持可能であるか否かが判別される。

ステップ７１において、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を維持可能であるか否かが判別されたときにはステップ７８に進んで、生成された走行計画が出力される。次いで、図５のＲＥＴＵＲＮに進む。このときには、生成された走行計画に従って、自車両Ｖの自動走行が行われる。これに対し、ステップ７１において、自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると判別されたときには、ステップ７２に進んで、自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測された目標速度外走行期間ＤＰ中の複数の車両の走行パターンが生成される。次いで、ステップ７３では、これらの走行パターンを実行するための複数の車両の走行計画が生成される。

次いで、ステップ７４では、各走行計画についてエンジン出力トルクＴｒの変化とエンジン回転数Ｎの変化が予測される。次いで、ステップ７５では、各走行計画について、予測されたエンジン出力トルクＴｒの変化とエンジン回転数Ｎの変化に基づき、基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの増大量、又は基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの減少量が算出される。次いで、ステップ７６では、基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの増大量が最小となる走行計画、又は基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの減少量が最大となる走行計画、即ち、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中の複数の車両の走行計画のうちで最もエンジンの燃料消費量の少ない車両の走行計画が選別される。

次いで、ステップ７７では、選別された車両の走行計画が出力される。車両の走行計画が出力されると、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中、この選別された車両の走行計画に従ってエンジンおよび操舵装置６４の駆動が制御される。即ち、この選別された車両の走行計画に従う自車両Ｖの走行状態（ｖ）となるような要求駆動トルクＴＲが算出され、車両Ｖに対する駆動トルクがこの要求駆動トルクＴＲとなるように、エンジン出力トルクＴｒ、即ちスロットル弁５６の開度および変速機６３の変速比ＧＲが制御される。

このように本発明によれば、外部センサ１により検出された車両の周辺情報から、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を維持可能であるか、又は自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなるかが予測され、自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測されたときには、自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測された目標速度外走行期間ＤＰ中の複数の車両の走行計画が生成され、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中の複数の車両の走行計画のうちで最もエンジンの燃料消費量の少ない車両の走行計画が選別され、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中、選別された車両の走行計画に従ってエンジンおよび操舵装置６４の駆動が制御される。

この場合、本発明による実施例では、自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測されたときに生成される各車両の走行計画について、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中におけるエンジンの出力トルクＴｒとエンジン回転数Ｎの変化が求められ、これらエンジンの出力トルクＴｒとエンジン回転数Ｎの変化から予測された目標速度外走行期間ＤＰ中における予測燃料消費量Ｑが算出される。

更にこの場合、本発明による実施例では、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中における車両の走行距離ＤＳが求められ、自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもってこの走行距離ＤＳを走行したときの基準燃料消費量ＱＡが求められ、基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの増大量が最小となる、又は基準燃料消費量ＱＡに対する予測燃料消費量Ｑの減少量が最大となる車両の走行計画が選別され、この選別された車両の走行計画に従って、予測された目標速度外走行期間ＤＰ中、エンジンおよび操舵装置６４の駆動が制御される。

図２２Ａは、図１１から図１４に示される例を実行するための図２１のＡ部分を示す図である。図２２Ａを参照すると、ステップ８０において、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘの速度が自車両Ｖの目標速度ｖ_０よりも遅いか否か、即ち自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘにより自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行し得なくなったか否かが判別される。自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘの速度が自車両Ｖの目標速度ｖ_０と同じか、或いは自車両Ｖの目標速度ｖ_０よりも早いときには、図２１のステップ７８に進む。これに対し、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘの速度が自車両Ｖの目標速度ｖ_０よりも遅いときにはステップ８１に進んで、自車両Ｖと、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離Ｄ以下になったか否かが判別される。

ステップ８１において、自車両Ｖと、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離Ｄ以下になっていないときには、図２１のステップ７８に進む。これに対し、自車両Ｖと、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離Ｄ以下になったときにはステップ８２に進む。即ち、図１１から図１４に示される例では、基本的には、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘにより自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行し得なくなったときに、走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測される。より厳格には、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘにより自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行し得なくなったときで、かつ自車両Ｖと、自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘとの車間距離が予め定められた車間距離Ｄ以下になったときに、走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測される。

図２２Ｂは、図１６から図１９に示される例を実行するための図２１のＡ部分を示す図である。図２２Ｂを参照すると、ステップ９０において、自車両Ｖの進行方向前方の信号が赤であるか否かが判別される。自車両Ｖの進行方向前方の信号が赤でない場合には、図２１のステップ７８に進む。これに対し、自車両Ｖの進行方向前方の信号が赤である場合にはステップ７２に進む。

図１６から図１９に示される例では、隣接する少なくとも二つの走行レーンが存在していて自車両Ｖが一方の走行レーンＲ１を走行しているときに、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測されたとき、このとき生成される車両の走行計画には、図１６のパターンＡおよび図１７に示されるように自車両Ｖが一方の走行レーンＲ１を引き続き走行する走行計画と、自車両Ｖが他方の走行レーンＲ２に車線変更される走行計画とが含まれる。なお、この図１６から図１９に示される例でも、一方の走行レーンＲ１において自車両Ｖの進行方向前方に存在する他車両Ｘにより自車両Ｖが目標速度ｖ_０でもって走行し得なくなったときに、走行計画により設定された自車両Ｖの目標速度ｖ_０を一時的に維持できなくなると予測される。

１ 外部センサ
２ ＧＰＳ受信部
３ 内部センサ
４ 地図データベース
５ ナビゲーションシステム
１０ 電子制御ユニット
１１ 車両位置認識部
１２ 外部状況認識部
１３ 走行状態認識部
１４ 走行計画生成部
５０ エンジン本体
６４ 操舵装置

Claims (8)

1. 車両の周辺情報を検出するための外部センサと、電子制御ユニットとを具備しており、該電子制御ユニットが、該外部センサにより検出された車両の周辺情報と地図情報に基づいて、予め設定された目標ルートに沿った車両の走行計画を生成し、かつ生成された車両の走行計画に基づいて車両の自動走行を制御するように構成されている車両の自動運転システムにおいて、
   該外部センサにより検出された車両の周辺情報から、上記走行計画により設定された車両の目標速度を維持可能であるか、又は該車両の目標速度を一時的に維持できなくなるかを予測し、
   該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたときには、該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中の車両の複数の走行計画を生成し、
   該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中の車両の複数の走行計画のうちで最もエンジンの燃料消費量の少ない車両の走行計画を選別し、
   該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中、選別された車両の走行計画に従ってエンジンおよび操舵装置の駆動を制御する車両の自動運転システム。
2. 自車両の進行方向前方に存在する他車両により自車両が目標速度でもって走行し得なくなったときに、上記走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測される請求項１に記載の車両の自動運転システム。
3. 自車両の進行方向前方に存在する他車両により自車両が目標速度でもって走行し得なくさり、かつ自車両と、自車両の進行方向前方に存在する他車両との車間距離が予め定められた車間距離以下になったときに、上記走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測される請求項２に記載の車両の自動運転システム。
4. 隣接する少なくとも二つの走行レーンが存在していて自車両が一方の走行レーンを走行しているときに、上記走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたとき、このとき生成される車両の走行計画には、自車両が該一方の走行レーンを引き続き走行する走行計画と、自車両が他方の走行レーンに車線変更される走行計画とが含まれる請求項１に記載の車両の自動運転システム。
5. 上記一方の走行レーンにおいて自車両の進行方向前方に存在する他車両により自車両が目標速度でもって走行し得なくなったときに、上記走行計画により設定された車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測される請求項４に記載の車両の自動運転システム。
6. 道路に配置された信号機が、赤から青への切り替え時刻および青から赤への切り替え時刻に関する信号を発生しており、この信号に基づいて、該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中における走行計画が生成される請求項１に記載の車両の自動運転システム。
7. 上記車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測されたときに生成される各車両の走行計画について、該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中におけるエンジンの出力トルクとエンジン回転数の変化が求められ、これらエンジンの出力トルクとエンジン回転数の変化から、該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中における予測燃料消費量が算出される請求項１に記載の車両の自動運転システム。
8. 該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された走行期間中における車両の走行距離が求められ、車両が上記目標速度でもって該走行距離を走行したときの基準燃料消費量が求められ、該基準燃料消費量に対する予測燃料消費量の増大量が最小となる、又は該基準燃料消費量に対する予測燃料消費量の減少量が最大となる車両の走行計画が選別され、この選別された車両の走行計画に従って、該車両の目標速度を一時的に維持できなくなると予測された目標速度外走行期間中、エンジンおよび操舵装置の駆動が制御される請求項７に記載の車両の自動運転システム。

Images