JP2019043379A - 車両制御システム、車両制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車線変更等の操舵制御を行う際に車両の挙動を安定化させることができる車両制御システム、車両制御方法、及びプログラムを提供すること。
【解決手段】走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行する第１操舵制御部と、前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行する第２操舵制御部と、を備え、前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行する、車両制御システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両制御システム、車両制御方法、及びプログラムに関する。

車両の車線変更を自動的に行うことを支援する技術が研究されている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載された技術は、車両が走行する車線の曲率を認識し、認識された車線の曲率に応じて車両のステアリング操舵にオフセットを与える制御を行って、目標とする軌道上で車両を走行させる。

特開２０１４−１３３４７７号公報

しかしながら従来の技術は、車両に加わる外力を考慮して車線変更を行うためのステアリングの制御を行うものでなかった。このため、従来の技術では、外力の影響で車両の挙動が乱れる場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、車線変更等の操舵制御を行う際に車両の挙動を安定化させることができる車両制御システム、車両制御方法、及びプログラムを提供することを目的の一つとする。

（１）：走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行する第１操舵制御部と、前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行する第２操舵制御部と、を備え、前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行する、車両制御システムである。

（２）：（１）に記載の車両制御システムであって、前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を実行する際、前記第１操舵制御部により前記第１操舵制御において与えられていた前記指示値に基づいて補正指示値を算出し、前記第２操舵制御を実行するための指示値に対して前記補正指示値を加算または減算するものである。

（３）：（２）に記載の車両制御システムであって、前記第２操舵制御部は、前記第１操舵制御において与えられていた前記指示値のうち、カーブ路または乗員による操舵操作による要素を除外して、直線の車線を走行していた際に与えられた継続的な指示値に基づいて、前記補正指示値を算出するものである。

（４）：（２）または（３）に記載の車両制御システムであって、前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を実行する際、前記前記第２操舵制御が終了する第１目標位置を設定し、算出された前記補正指示値が所定の閾値以上の場合、前記第１目標位置よりも遠方に前記第２操舵制御が終了する第２目標位置を設定するものである。

（５）：（２）から（４）のうちいずれか１つに記載の車両制御システムであって、前記第２操舵制御部による前記第２操舵制御は、車両の車線変更を行う制御である。

（６）：コンピュータが、走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行し、前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行し、前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行する、車両制御方法である。

（７）：コンピュータに、走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行させ、前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行させ、前記第２操舵制御を開始させるとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映させて前記第２操舵制御を実行させる、プログラムである。

（１）、（６）、（７）によれば、第１操舵制御の実行中に起動し得る第２操舵制御を行う際に車両の挙動を安定化させることができる。

（２）によれば、第２操舵制御の前に実行されていた第１操舵制御の指示値から補正指示値を算出することができ、車両に外力が加わっている状態での第２操舵制御による車両の挙動を安定化させることができる。

（３）によれば、補正指示値の算出において、車両に加わっている外力以外の要素を除くことで補正指示値の具体的な値を抽出することができる。

（４）によれば、第２操舵制御が行われる距離を延長することで、外力の影響が強い場合の第２操舵制御による車両の挙動を更に安定化することができる。

（５）によれば、車両の車線変更を安定的に行うことができる。

第１実施形態の車両制御システム１の構成の一例を示す図である。 自車位置認識部１０４により車線Ｌ２に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢が認識される状態を示す図である。 車線維持支援制御に用いられるステアリング指示値の一例を示す図である。 横方向から外力Ｆが加わっている状態で出力されるステアリング指示値を例示する図である。 車線変更支援制御部１１０による処理の内容を例示した図である。 自車両Ｍに外力Ｆが加わった状態で車線変更する場合の走行軌道の一例を示す図である。 車線変更支援制御の処理の一例を示す図である。 車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。 自車両Ｍに外力Ｆが加わった状態で車線変更する場合の走行軌道の一例を示す図である。 車線変更支援制御の処理の一例を示す図である。 車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。 変形例の車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。 車両制御システムを自動運転車両２に適用した構成の一例を示す図である。 運転支援制御ユニット１００または自動運転制御ユニット４００において使用され得る複数の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
［全体構成］
図１は、第１実施形態の車両制御システム１の構成の一例を示す図である。車両制御システム１が搭載される車両（以下、自車両Ｍと称する）は、例えば、二輪や三輪、四輪等の車両であり、その駆動源は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関、電動機、或いはこれらの組み合わせである。電動機は、内燃機関に連結された発電機による発電電力、或いは二次電池や燃料電池の放電電力を使用して動作する。

車両制御システム１は、例えば、カメラ１０と、レーダ１２と、ファインダ１４と、物体認識装置１６と、車両センサ３０と、運転操作子４０と、追従走行開始スイッチ５２と、車線維持開始スイッチ５４と、車線変更開始スイッチ５６と、運転支援制御ユニット１００と、走行駆動力出力装置２００と、ブレーキ装置２１０と、ステアリング装置（操舵装置）２２０とを備える。これらの装置や機器は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信線等の多重通信線やシリアル通信線、無線通信網等によって互いに接続される。これらの装置や機器の制御量や出力値は、適宜、走行データ１２２として記憶部１２０に記憶される。なお、図１に示す構成はあくまで一例であり、構成の一部が省略されてもよいし、更に別の構成が追加されてもよい。

カメラ１０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の固体撮像素子を利用したデジタルカメラである。カメラ１０は、自車両Ｍの任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。前方を撮像する場合、カメラ１０は、フロントウインドシールド上部やルームミラー裏面等に取り付けられる。カメラ１０は、例えば、周期的に繰り返し自車両Ｍの周辺を撮像する。カメラ１０は、ステレオカメラであってもよい。

レーダ１２は、自車両Ｍの周辺にミリ波などの電波を放射すると共に、物体によって反射された電波（反射波）を検出して少なくとも物体の位置（距離および方位）を検出する。レーダ１２は、自車両Ｍの任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。レーダ１２は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式によって物体の位置および速度を検出してもよい。

ファインダ１４は、照射光に対する散乱光を測定し、対象までの距離を検出するＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、或いはLaser Imaging Detection and Ranging）である。ファインダ１４は、自車両Ｍの任意の箇所に一つまたは複数が取り付けられる。

物体認識装置１６は、カメラ１０、レーダ１２、およびファインダ１４のうち一部または全部による検出結果に対してセンサフュージョン処理を行って、物体の位置、種類、速度、移動方向などを認識する。認識される物体は、例えば、車両や、ガードレール、電柱、歩行者、道路標識といった種類の物体である。物体認識装置１６は、認識結果を運転支援制御ユニット１００に出力する。また、物体認識装置１６は、カメラ１０、レーダ１２、またはファインダ１４から入力された情報の一部を、そのまま運転支援制御ユニット１００に出力してもよい。

車両センサ３０は、例えば、自車両Ｍの速度を検出する車速センサ、加速度を検出する加速度センサ、鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサ、自車両Ｍの向きを検出する方位センサ等を含む。車両センサ３０に含まれる各センサは、検出結果を示す検出信号を運転支援制御ユニット１００に出力する。各センサからの出力は、走行データ１２２として記憶部１２０に記憶される。

運転操作子４０は、例えば、上述したステアリングホイールや、ウィンカー（方向指示器）を作動させるウィンカーレバー４０ａ、アクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバーなどの各種操作子を含む。運転操作子４０の各操作子には、例えば、乗員による操作の操作量を検出する操作検出部が取り付けられている。操作検出部は、ウィンカーレバー４０ａの位置や、アクセルペダルやブレーキペダルの踏込量、シフトレバーの位置、ステアリングホイールの操舵角や操舵トルクなどを検出する。そして、操作検出部は、検出結果を示す検出信号を運転支援制御ユニット１００、もしくは、走行駆動力出力装置２００、ブレーキ装置２１０、およびステアリング装置２２０のうち一方または双方に出力する。

追従走行開始スイッチ５２は、乗員の操作によって追従走行支援制御を開始するためのスイッチである。車線維持開始スイッチ５４は、乗員の操作によって車線維持支援制御を開始するためのスイッチである。車線変更開始スイッチ５６は、乗員の操作によって車線変更支援制御を開始するためのスイッチである。

運転支援制御ユニット１００の説明に先立って、走行駆動力出力装置２００、ブレーキ装置２１０、およびステアリング装置２２０を説明する。走行駆動力出力装置２００は、自車両Ｍが走行するための走行駆動力（トルク）を駆動輪に出力する。走行駆動力出力装置２００は、例えば、内燃機関、電動機、および変速機などの組み合わせと、これらを制御するパワーＥＣＵ（Electronic Control Unit）とを備える。パワーＥＣＵは、運転支援制御ユニット１００から入力される情報、或いは運転操作子４０から入力される情報に従って、上記の構成を制御する。

ブレーキ装置２１０は、例えば、ブレーキキャリパーと、ブレーキキャリパーに油圧を伝達するシリンダと、シリンダに油圧を発生させる電動モータと、ブレーキＥＣＵとを備える。ブレーキＥＣＵは、運転支援制御ユニット１００から入力される情報、或いは運転操作子４０から入力される情報に従って電動モータを制御し、制動操作に応じたブレーキトルクが各車輪に出力されるようにする。ブレーキ装置２１０は、運転操作子４０に含まれるブレーキペダルの操作によって発生させた油圧を、マスターシリンダを介してシリンダに伝達する機構をバックアップとして備えてよい。なお、ブレーキ装置２１０は、上記説明した構成に限らず、運転支援制御ユニット１００から入力される情報に従ってアクチュエータを制御して、マスターシリンダの油圧をシリンダに伝達する電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。

ステアリング装置２２０は、例えば、ステアリングＥＣＵと、電動モータとを備える。電動モータは、例えば、ラックアンドピニオン機構に力を作用させて転舵輪の向きを変更する。ステアリングＥＣＵは、運転支援制御ユニット１００から入力される情報、或いは運転操作子４０から入力される情報に従って、電動モータを駆動し、転舵輪の向きを変更させる。

［運転支援制御ユニットの構成］
運転支援制御ユニット１００は、例えば、外界認識部１０２と、自車位置認識部１０４と、追従走行支援制御部１０６と、車線維持支援制御部１０８と、車線変更支援制御部１１０と記憶部１２０とを備える。車線維持支援制御部１０８が「第１操舵制御部」の一例であり、また、車線変更支援制御部１１０が「第２操舵制御部」の一例である。

運転支援制御ユニット１００のこれらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

また、記憶部１２０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などにより実現される。

外界認識部１０２は、物体認識装置１６を介してカメラ１０、レーダ１２、およびファインダ１４から入力された情報に基づいて、周辺車両の位置、および速度、加速度等の状態を認識する。周辺車両の位置は、その周辺車両の重心やコーナー等の代表点で表されてもよいし、周辺車両の輪郭で表現された領域で表されてもよい。周辺車両の「状態」とは、周辺車両の加速度やジャーク、あるいは「行動状態」（例えば車線変更をしている、またはしようとしているか否か）を含んでもよい。また、外界認識部１０２は、周辺車両に加えて、ガードレールや電柱、駐車車両、歩行者といった他の種類の物体の状態を認識してよい。

また、外界認識部１０２は、カメラ１０によって撮像された画像に基づいて、自車両Ｍが走行する道路Ｒ上の複数の車線Ｌｍ（ｍ＝１、２、３…）を認識する。外界認識部１０２は、車線の認識において道路Ｒの路面のレーンマーカーＬＭｍを認識する。レーンマーカーＬＭｍとは、例えば、道路上の車線を区別するために道路上に引かれた白線、黄色線の他、ポール、ボッツドッツ、チャッターバー、キャツアイ、ガードレール、分離帯、色分けされた車線等を含む。外界認識部１０２は、認識したレーンマーカーＬＭｍに基づいて、道路Ｒ上のレーンマーカーＬＭｍを認識する。外界認識部１０２は、認識したレーンマーカーＬＭｍに基づいて、複数の車線Ｌｍを認識する。

自車位置認識部１０４は、例えば、外界認識部１０２が認識したレーンマーカーＬＭｍの中で自車両Ｍに最も近い二つのレーンマーカーＬＭｍに基づいて、自車両Ｍが走行している車線（走行車線）、並びに走行車線に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢を認識する。

図２は、自車位置認識部１０４により車線Ｌ２に対する自車両Ｍの相対位置および姿勢が認識される状態を示す図である。自車位置認識部１０４は、例えば、外界認識部１０２が認識したレーンマーカーＬＭ１〜ＬＭ３に基づいて、自車両Ｍに最も近い二つのレーンマーカーＬＭ２およびＬＭ３の間の領域を、自車両Ｍが走行している車線Ｌ２として認識する。

自車位置認識部１０４は、レーンマーカーＬＭ１とレーンマーカーＬＭ２との間の仮想中心線を走行車線中央ＣＬ１とし、レーンマーカーＬＭ２とレーンマーカーＬＭ３との間の仮想中心線を走行車線中央ＣＬ２として設定する。以下、走行車線中央ＣＬ１と走行車線中央ＣＬ２とを総称する場合は走行車線中央ＣＬと記載する。そして、自車位置認識部１０４は、自車両Ｍの基準点（例えば重心）が走行車線中央ＣＬの位置から乖離している距離ＯＳを設定し、距離ＯＳに基づいて、車線Ｌ２における自車両Ｍの相対位置を導出する。

なお、これに代えて、自車位置認識部１０４は、レーンマーカーＬＭ１またはレーンマーカーＬＭ２に対する自車両Ｍの基準点の位置などを、走行車線に対する自車両Ｍの相対位置として導出してもよい。

また、自車位置認識部１０４は、レーンマーカーＬＭｍまたは走行車線中央ＣＬの延在方向に対する自車両Ｍのヨー角とのなす角度θを導出する。自車位置認識部１０４は、例えば、ヨー角の基準方向Ｖと走行車線中央ＣＬとのなす角度を角度θとして導出する。ヨー角の基準方向Ｖは、車両の前後方向軸の方向でもよいし、その瞬間の重心位置の変位方向でもよい。その他、これに類する方向でもよい。

追従走行支援制御部１０６は、例えば、外界認識部１０２により認識された自車両Ｍの進行方向の先において走行する周辺車両に追従する制御を行う。追従走行支援制御部１０６は、例えば、追従走行開始スイッチ５２への操作（乗員による追従走行支援制御を行う旨の操作）がなされたことをトリガとして追従走行支援制御を開始する。追従走行支援制御部１０６は、例えば、外界認識部１０２により認識された周辺車両のうち、自車両Ｍの前方の所定距離（例えば５０［ｍ］程度）以内に存在する周辺車両（以下、前走車両と称する）に自車両Ｍが追従するように、走行駆動力出力装置２００およびブレーキ装置２１０を制御し、自車両Ｍの速度制御を行う。この際に、追従走行支援制御部１０６は、自車両Ｍの速度に上限および下限を設定してよい。

「追従する」とは、例えば、自車両Ｍと前走車両との相対距離（車間距離）を一定に維持して走行することをいう。以下、このような態様で自車両Ｍの走行を支援する運転支援制御のことを、「追従走行支援制御」と称して説明する。なお、追従走行支援制御部１０６は、外界認識部１０２により前走車両が認識されていない場合、単に設定車速で自車両Ｍを走行させてよい。

車線維持支援制御部１０８は、自車位置認識部１０４により認識された自車両Ｍの位置に基づいて、自車両Ｍの走行車線を維持して車両が走行できるように、ステアリング装置２２０を制御する車線維持支援制御（第１操舵制御）を実行する。車線維持支援制御部１０８は、例えばステアリング指示値をステアリング装置２２０に与え、ステアリングの操舵量を制御する。車線維持支援制御部１０８は、例えば、自車両Ｍが車線Ｌ１を走行中に走行車線中央ＣＬ１に沿って自車両Ｍを走行させる。

車線維持支援制御部１０８は、例えば、乗員による車線維持開始スイッチ５４への操作（乗員による車線維持支援制御を行う旨の操作）をトリガとして車線維持支援制御を開始する。以下、走行車線中央ＣＬを走行するように制御する運転支援制御のことを、「車線維持支援制御」と称して説明する。車線維持支援制御部１０８は、例えば、走行車線中央ＣＬを目標軌道として、車線維持支援制御を行う。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、自車両Ｍの車線変更を自動的に制御する。車線変更支援制御部１１０は、車線維持支援制御の実行中に起動し得る。車線変更支援制御部１１０は、例えば、乗員のステアリング装置２２０の操作（操舵制御）に依らずに、走行駆動力出力装置２００およびブレーキ装置２１０と、ステアリング装置２２０とを制御して、車線変更が可能であると判定された隣接車線に対して自車両Ｍを車線変更させる。車線変更支援制御部１１０による制御は、例えば、車線維持支援制御が行われている状態で、車線変更開始スイッチ５６への操作がなされたことにより有効となる。

例えば、車線維持支援制御が有効となった状態で、乗員によるウィンカーレバー４０ａの操作（乗員による車線変更支援制御を行う旨の操作）をトリガとして車線変更支援制御が開始される。車線変更支援制御部１１０による制御は、例えば、追従走行支援制御部１０６による追従走行支援制御と、車線維持支援制御部１０８による車線維持支援制御が作動している状態で行われてもよい。

［車両制御処理］
次に車両制御処理について説明する。車線維持支援制御部１０８は、例えば、ステアリング装置２２０を制御して、走行車線中央ＣＬからの自車両Ｍの基準点の乖離が大きくなるほど走行車線中央ＣＬの位置に復帰する方向に対して大きいステアリング指示値Ｆｔを出力する。図３は、車線維持支援制御に用いられるステアリング指示値の一例を示す図である。車線維持支援制御部１０８は、ステアリング装置２２０にステアリング指示値を与えることにより、ステアリング装置２２０を制御する。

ステアリング指示値は、例えば、ステアリング装置２２０の操舵方向への制御信号であり、ステアリングのトルクを指示するトルク指示値である。ステアリング指示値は、この他、ステアリング装置２２０の舵角速度を指示する舵角速度指示値や、ステアリング装置２２０の舵角を指示する舵角指示値であってもよい。以下、ステアリング指示値は、トルク指示値であるものとして説明する。

車線維持支援制御部１０８は、走行車線中央ＣＬを自車両Ｍが走行するように、ステアリング指示値を決定する。ここで、自車両Ｍに横方向からの外力Ｆが加わった場合、車線維持支援制御部１０８により外力Ｆが加わらない状態のステアリング指示値が与えられると、自車両Ｍの横位置は外力が加わる向きに応じてずれる。外力Ｆは、例えば自車両Ｍの左右方向から吹く風や車線Ｌｍの車線幅方向に付けられたカント等の勾配により発生する。

図４は、横方向から外力Ｆが加わっている状態で出力されるステアリング指示値Ｆｔを例示する図である。外力Ｆが自車両Ｍに対して継続的に作用した場合、車線維持支援制御部１０８は、外力に抗するようにステアリングトルクＦｔを継続して出力することになる。車線変更支援制御部１１０は、車線維持支援制御に用いたステアリング指示値Ｆｔを指示値データ１２１として記憶部１２０に記憶する。

車線維持支援制御が実行中に、乗員のウィンカーレバー４０ａの操作により、車線変更支援制御が起動する場合がある。図５は、車線変更支援制御部１１０による処理の内容を例示した図である。車線変更支援制御部１１０は、自車両Ｍの車線変更のための軌道を生成する。

車線変更支援制御部１１０は、自車両Ｍの速度と車線変更に必要な秒数とを乗算し、自車両Ｍの車線変更に必要な距離を導出する。車線変更に必要な秒数は、車線変更を行う際の横移動の距離と、横方向の速度とが一定値である前提で、予め設定されている。

適切な横方向速度で車線変更を行ったと仮定した場合に、横方向の目標距離を走行し終えるまでの距離に基づいて設定される。車線変更支援制御部１１０は、導出した車線変更に必要な距離に基づいて、車線変更先の車線Ｌ１上の走行車線中央ＣＬ１上に車線変更の終了地点Ｅを設定する。車線変更支援制御部１１０は、例えば、車線変更の終了地点Ｅを目標位置として車線変更支援制御を行う。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、現在の自車両Ｍの位置及びヨー角の基準方向Ｖと、設定された車線変更の終了地点の位置及びヨー角の基準方向Ｖとに基づいて、この二点間をスプライン曲線等の多項式曲線を用いて滑らかに繋いで車線変更のための軌道Ｃを生成する。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、生成した軌道Ｃ上に所定の間隔で複数の軌道点Ｄを生成する。車線変更支援制御部１１０は、フィードフォワード（ＦＦ）制御として、生成された軌道点Ｄに沿って自車両Ｍを走行させるために必要な操舵支援量（ステアリングトルク）を、例えば軌道点Ｄごとに想定速度と旋回角との関係に基づいて決定し、ステアリング装置２２０に出力する。更に、車線変更支援制御部１１０は、フィードバック制御として、軌道点Ｄと自車両Ｍの位置との乖離に基づいて、乖離を小さくするための操舵支援量を計算し、ステアリング装置２２０に出力する。

車線変更支援制御部１１０は、このようにして、軌道Ｃを車線変更における目標軌道に設定し、自車両Ｍが生成された軌道点Ｄを順次通過するように自車両Ｍを走行させ、自車両Ｍに車線変更を行わせる。

ここで、前述したように外力Ｆが継続的に自車両Ｍに加わる場合を考える。この場合、外力Ｆを考慮せずに車線変更支援制御を行うと、車両挙動が乱れる場合がある。

図６は、自車両Ｍに外力Ｆが加わった状態で車線変更する場合の走行軌道の一例を示す図である。図示するように、外力Ｆが自車両Ｍに加わると、自車両Ｍの横方向の位置は、目標軌道Ｃ１に対してずれるため、自車両Ｍの挙動が乱れた走行軌道Ｃ２となる。これに対し、本実施形態の車両制御システム１は、車線変更支援制御において外力の影響を考慮してフィードフォワード制御することで、これを抑制する。

図７は、車線変更支援制御の処理の一例を示す図である。曲線Ｓ１は、外力Ｆが自車両Ｍに加わらない場合の第１ステアリング指示値を示す。曲線Ｓ２は、外力Ｆが自車両Ｍに加わった状態で外力を考慮せずに車線変更を行う場合の第２ステアリング指示値を示す。曲線Ｓ３は、外力Ｆが自車両Ｍに加わった状態で外力を予め考慮して車線変更を行う場合の第３ステアリング指示値を示す。

図示するように、外力Ｆが加わらない場合の目標軌道Ｃ１に沿って車線変更を行う場合、車線変更支援制御部１１０は、第１ステアリング指示値によりステアリング装置２２０を制御する。

ここで、自車両Ｍに外力Ｆが加わった状態で目標軌道Ｃ１を走行させる通常の車線変更支援制御を行うと、区間Ｑ１において自車両Ｍの走行軌道Ｃ２は外力Ｆが加わる方向にずれる。そのため、例えば、車線変更支援制御部１１０は、目標軌道Ｃ１と走行軌道Ｃ２とのずれが時刻ｔ２で検出された場合、区間Ｑ２において自車両Ｍを目標軌道Ｃ１に戻すように、第２ステアリング指示値によりステアリング装置２２０を制御する。

このとき、車線変更支援制御部１１０は、目標軌道Ｃ１に対して走行軌道Ｃ２がずれていることを検出した時刻ｔ２でフィードバック制御によりカウンタステアを強めるステアリング指示値を出力する。しかし、外力Ｆにより自車両Ｍが目標軌道Ｃ１からずれる方向に慣性がついてしまっている状態で、車線変更支援制御部１１０がカウンタステアを強めるようにステアリング指示値を出力すると、曲線Ｓ２の一部分Ｐに示されるように、ステアリング指示値が閾値となる場合がある。ステアリング指示値が閾値となると、ステアリング装置２２０に十分なカウンタステア操作を指示することができず、自車両Ｍは外力Ｆが加わっている方向にオーバーシュートする虞がある。

上記の車線変更のフィードバック制御は一例であり、上述したように車線変更支援制御部１１０が複数の軌道点Ｄの位置に基づいてフィードバック制御を行った場合は、外力Ｆが加わった場合の車線変更支援制御は、複数の軌道点Ｄ毎にフィードバック制御が働き、走行軌道が不安定になる。

そこで、車線変更支援制御部１１０は、車線変更支援制御を開始するとき、直近の車線維持支援制御においてステアリング装置２２０に与えていたステアリング指示値が同じ向きに（例えば、左右いずれかに）偏している状態で継続し、且つ、ステアリング指示値が所定値以上であるか否かを判定する。次に、車線変更支援制御部１１０は、直近の車線維持支援制御において与えていたステアリング指示値が直線の車線におけるものか、カーブ路または乗員の操舵によるものか否かを判定する。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、直近の走行データ１２２を参照し、自車両Ｍのヨー角速度や外界認識部１０２が推定した車線の曲率や乗員が操作したステアリング装置２２０のステアリングトルクの値を参照する。

車線変更支援制御部１１０は、走行データ１２２における各データの値に基づいて、自車両Ｍが直線の車線を走行していたか否かを判定する。車線変更支援制御部１１０は、直線の車線を走行していたと判定した場合、直線の軌道を走行するために継続的に同じ向きに与えられていたステアリング指示値を補正ステアリング指示値（補正指示値）として算出する。

即ち、車線変更支援制御部１１０は、走行データ１２２に基づいて、車線維持支援制御において与えられていたステアリング指示値のうち、カーブ路または乗員による操舵操作による要素を除外して、直線の車線を走行していた際のステアリング指示値に基づいて補正ステアリング指示値を算出する。

車線変更支援制御部１１０は、算出した補正ステアリング指示値を第１ステアリング指示値から加算または減算して第３ステアリング指示値を生成し、車線変更支援制御を実行する。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、車線変更支援制御を開始する時刻ｔ２以前の車線維持支援制御において与えられていた補正ステアリング指示値Ｗを算出する。車線変更支援制御部１１０は、補正ステアリング指示値Ｗを車線変更支援制御のステアリング指示値に反映し、第３ステアリング指示値を生成する。車線変更支援制御部１１０は、第３ステアリング指示値に基づいて、車線変更支援制御を行う。

図７の例では、第３ステアリング指示値は、予め右側に所定のトルク指示値が与えられているため、第２ステアリング指示値のようにステアリング指示値が閾値となることがない。車線変更支援制御部１１０は、第３ステアリング指示値を用いて車線変更支援制御を行うことにより、自車両Ｍを目標軌道Ｃ１に沿って走行させることができる。

［処理フロー］
次に、車両制御システム１の処理の流れについて説明する。図８は、車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。

車線維持支援制御部１０８は、自車両Ｍの車線維持支援制御を行う（ステップＳ１００）。車線変更支援制御部１１０は、乗員によるウィンカーレバー４０ａの操作をトリガとして車線変更支援制御の開始がされたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。車線変更支援制御部１１０は、車線変更支援制御の開始がされたと判定した場合、車線変更先の車線に目標位置を設定し、車線変更の目標軌道を設定する（ステップＳ１０４）。

車線変更支援制御部１１０は、設定した目標軌道に沿うためのステアリング指示値を生成し、車線変更のスケジュールを決定する（ステップＳ１０６）。車線変更支援制御部１１０は、直近の車線維持支援制御において与えられていたステアリング指示値を取得する（ステップＳ１０８）。

車線変更支援制御部１１０は、車線維持支援制御で与えられていたステアリング指示値が継続的に同じ向きで且つ、所定値以上であったか否かを判定する（ステップＳ１１０）。車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ１１０で肯定的な判定となった場合、車線維持支援制御で与えられていたステアリング指示値が、カーブ路または乗員の操舵操作によるものか否かを判定する（ステップＳ１１８）。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ１１８で否定的な判定となった場合、直線の車線を走行していた際に、継続的に一方向に与えられていたステアリング指示値に基づいて補正ステアリング指示値を算出し、算出した補正ステアリング指示値を反映して目標軌道に応じたステアリング指示値を生成する（ステップＳ１２０）。車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ１１８で肯定的な判定となった場合、ステップ１１２の処理に移行する。

次に、車線変更支援制御部１１０は、生成したステアリング指示値に基づいて、自車両Ｍを目標軌道に沿って走行させる（ステップＳ１１２）。

車線変更支援制御部１１０は、自車両Ｍが目標位置に到達したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。車線変更支援制御部１１０は、自車両Ｍが目標位置に到達していないと判定した場合、目標軌道と走行軌道とを比較して自車両Ｍを目標軌道に沿って走行させる（ステップＳ１１６）。車線変更支援制御部１１０は、ステップ１１２の処理に戻り、自車両Ｍの車線変更を継続し、自車両Ｍが目標位置に到達したと判断した場合、フローチャートの処理を終了する。

以上説明した第１実施形態によれば、車両制御システム１は、車線変更を行う際に自車両Ｍに加わる外力の影響を反映して車線変更のためのステアリング指示値を設定することができる。車両制御システム１によれば、車線変更支援制御において予め外力の影響を考慮したステアリング指示値を生成することにより、安定した走行軌道で車線変更支援制御を行うことができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態の車両制御システム１によれば、車線維持支援制御で与えられていた補正ステアリング指示値Ｗを反映して車線変更支援制御を行っていた。第２実施形態では、車線変更支援制御においてより安定性を高めた車線変更支援制御を行う。

図９は、自車両Ｍに外力Ｆが加わった状態で車線変更する場合の走行軌道の一例を示す図である。例えば、外力Ｆが強い場合、自車両Ｍの挙動を安定させるため、カウンタステアのためのトルク指示値を小さくすることが望ましい。車線変更支援制御において、例えば、車線変更支援制御部１１０は、車線変更に要する時間と距離とを変更する。

車線変更支援制御部１１０は、例えば、車線変更を行う時間を第１実施形態で行われている車線変更維持に要する時間よりも長くするよう車線変更を行う目標軌道Ｃ３を第１実施形態の目標軌道Ｃ１より長く設定する。このようにして、車線変更支援制御部１１０は、目標軌道Ｃ１における車線変更を終了する時間に対して、目標軌道Ｃ３における車線変更を終了する時間を長く変更する。

このとき、例えば、車線変更支援制御部１１０は、通常の車線変更の目標軌道Ｃ１の目標位置Ｅ１に対して、車線変更の目標軌道Ｃ３の目標位置Ｅ２を自車両Ｍの進行方向に向かって遠方に設定する。車線変更支援制御部１１０は、目標位置Ｅ２に基づいて目標軌道Ｃ３を生成する。生成された目標軌道Ｃ３によれば、車線変更支援制御部１１０は、目標軌道Ｃ１による車線変更の時間より長い時間をかけて車線変更を行うことで、ステアリング指示値を緩やかに変化させる。

図１０は、車線変更支援制御の処理の一例を示す図である。曲線Ｓ１は、外力Ｆが自車両Ｍに加わらない場合の第１ステアリング指示値を示す。曲線Ｓ２は、外力Ｆが自車両Ｍに加わった状態で外力を考慮せずに車線変更を行う場合の第２ステアリング指示値を示す。曲線Ｓ４は、外力Ｆが自車両Ｍに加わった状態で外力を予め考慮すると共に、制御が行われる時間を長く設定して車線変更を行う場合の第４ステアリング指示値を示す。

車線変更支援制御部１１０は、時刻ｔ１まで行われていた車線維持支援制御で与えていた補正ステアリング指示値Ｗに基づいて、車線変更支援制御を行うためのステアリング指示値を設定する。このとき、車線変更支援制御部１１０は、時刻ｔ２で車線変更を終了する第１ステアリング指示値に対して、時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３で車線変更を終了する第４ステアリング指示値を設定する。

第４ステアリング指示値による車線変更は、第１ステアリング指示値による車線変更に比して、ステアリングの操作が遅くなる。そのため、第４ステアリング指示値による車線変更は、外力Ｆに対抗するように加えられるステアリングのトルクが第１ステアリング指示値による車線変更に比して小さくなり、自車両Ｍに外力Ｆが加わる状況下での車線変更支援制御のロバスト性が高まる。

［処理フロー］
次に、第２実施形態の車両制御システム１の処理の流れについて説明する。図１１は、車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２００〜ステップＳ２１６までは、第１実施形態のステップＳ１００〜ステップＳ１１６と同様の処理である。そのため、ステップＳ２１８の処理から説明する。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ２１０で肯定的な判定となった場合、車線維持支援制御で与えられていたステアリング指示値が、カーブ路または乗員の操舵操作によるものか否かを判定する（ステップＳ２１８）。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ２１８で否定的な判定となった場合、通常の車線変更の目標軌道よりも長い目標軌道を設定する（ステップＳ２２０）。車線変更支援制御部１１０は、直線の車線を走行していた際に、継続的に一方向に与えられていたステアリング指示値に基づいて補正ステアリング指示値を算出し、算出した補正ステアリング指示値を反映して長い目標軌道に応じたステアリング指示値を生成する（ステップＳ２２２）。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ２１８で肯定的な判定となった場合、ステップ２１２の処理に移行する。次に、車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ２１２の処理に移行し、車線変更維持制御を行う（ステップＳ２１２〜ステップＳ２１６）。

以上説明した第２実施形態によれば、車両制御システム１は、車線変更を行う際に自車両Ｍに加わる外力の影響を反映して、外力Ｆが加わらない場合の目標軌道に比して長い目標軌道を設定することにより、安定した車線変更支援制御を行うことができる。

［変形例１］
上記の第１実施形態と第２実施形態とは、１つの車両制御システム１として統合されてもよい。

車線変更において外力Ｆの影響が大きい場合、より安定した車線変更支援制御を行う必要がある。車線変更支援制御部１１０は、例えば、補正ステアリング指示値Ｗの大きさに基づいて、車線変更の目標軌道の長さを調整する。車線変更支援制御部１１０は、例えば、補正ステアリング指示値Ｗが所定の閾値以上の場合、車線変更が終了する目標位置を外力Ｆが加わらない場合の通常の目標位置（第１目標位置）より遠方に目標位置（第２目標位置）を設定し、外力Ｆが加わらない場合の目標軌道より長い目標軌道を設定する。

［処理フロー］
次に、変形例の車両制御システム１の処理の流れについて説明する。図１２は、変形例の車両制御システム１の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ３００〜ステップＳ３１６までは、第１実施形態のステップＳ１００〜ステップＳ１１６と同様の処理である。そのため、ステップＳ３１８の処理から説明する。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ３１０で否定的な判定となった場合、補正ステアリング指示値Ｗが予め定められた所定の閾値以上か否かを判定する（ステップＳ３２０）。車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ３２０で補正ステアリング指示値Ｗが予め定められた所定の閾値以上となった場合、車線変更が終了する目標位置を外力Ｆが加わらない場合の目標軌道より長い目標軌道を設定する（ステップＳ３２２）。車線変更支援制御部１１０は、補正ステアリング指示値を反映した、長い目標軌道に沿うためのステアリング指示値を生成する（ステップＳ３２４）。

車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ３２０で補正ステアリング指示値Ｗが予め定められた所定の閾値より小さいと判定した場合、補正ステアリング指示値を反映して目標軌道に応じたステアリング指示値を生成する（ステップＳ３２６）。その後、車線変更支援制御部１１０は、ステップＳ３１２の処理に移行し、車線変更維持制御を行う（ステップＳ３１２〜ステップＳ３１６）。

以上説明した変形例の車両制御システム１は、車線変更を行う際に自車両Ｍに加わる外力の大きさに基づいて、外力Ｆが加わらない場合の目標軌道に比して長い目標軌道を設定するか否かを選択することができ、より安定した車線変更支援制御を行うことができる。この他、車線変更支援制御部１１０は、上記のフローチャートにおいて、ステップ３２０の判定を省略し、補正ステアリング指示値Ｗが予め定められた所定の閾値以上か否かにかかわらず、車線変更が終了する目標位置を外力Ｆが加わらない場合の目標軌道より長い目標軌道を設定してもよい。

［変形例２］
上記実施形態の車両制御システムは、自動運転車両２に組み込まれてもよい。図１３は、車両制御システムを自動運転車両２に適用した構成の一例を示す図である。以下の説明では、上記と同様の構成については同一の名称を用い、重複する説明については適宜省略する。自動運転車両２における自動運転制御ユニット４００は、運転支援制御ユニット１００が置き換えられたものである。

行動計画生成部４０５に追従走行支援制御部４０６、車線維持支援制御部４０８、および車線変更支援制御部４１０の各構成が組み込まれている。自動運転制御ユニット４００は、ナビゲーション装置６０に接続されている。ナビゲーション装置６０は、目的地までの経路を行動計画生成部４０５に出力する。行動計画生成部４０５は、ナビゲーション装置６０が備える地図データよりも詳細な地図を参照し、車両が走行する推奨車線を決定し、自動運転制御部４１２に出力する。

自動運転制御部４１２は、外界認識部４０２が認識した情報に基づいて、行動計画生成部４０５から入力される推奨車線に沿って走行するように、エンジンやモータを含む走行駆動力出力装置２００、ブレーキ装置２１０、ステアリング装置２２０のうち一部または全部を制御する。

このような自動運転車両２では、自車両Ｍの走行状況に応じて自動的に、または乗員の指示に基づいて、車線変更を行う状況が生じる。自動運転車両２は、自動運転制御ユニット４００の処理により、車線変更を自動的に行うことができる。

以上説明した実施形態は、下記のように表現することができる。図１４は、運転支援制御ユニット１００または自動運転制御ユニット４００において使用され得る複数の構成を示す図である。運転支援制御ユニット１００は、通信コントローラ１００−１、ＣＰＵ１００−２、ワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ１００−３、ブートプログラムなどを格納するＲＯＭ１００−４、フラッシュメモリやＨＤＤなどの記憶装置１００−５、ドライブ装置１００−６などが、内部バスあるいは専用通信線によって相互に接続された構成となっている。

通信コントローラ１００−１は、図１や図７に示す運転支援制御ユニット１００及び図１３に示す自動運転制御ユニット４００以外の構成要素との通信を行う。記憶装置１００−５には、ＣＰＵ１００−２が実行するプログラム１００−５ａが格納されている。このプログラムは、ＤＭＡ（Direct Memory Access）コントローラ（不図示）などによってＲＡＭ１００−３に展開されて、ＣＰＵ１００−２によって実行される。これによって、自車位置認識部１０４、追従走行支援制御部１０６、車線維持支援制御部１０８、車線変更支援制御部１１０、自車位置認識部４０４、追従走行支援制御部４０６、車線維持支援制御部４０８、車線変更支援制御部４１０のうち一部または全部が実現される。

上記説明した実施形態は、以下のように表現することができる。
ハードウェアプロセッサと、
記憶装置と、を備え、
前記記憶装置には、前記ハードウェアプロセッサに、
走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行させ、
前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行させ、
前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行するプログラムが格納されている、
車両制御システム。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第２操舵制御は、例えば、車線変更の他、物体認識装置１６により認識された車線上の物体を回避するために行われる操舵制御であってもよい。

また、上記実施形態において車両制御システム１は、横風やカントなどの外乱に対し安定した挙動で車線変更できることを例示したが、それ以外に、車両のアライメントに狂いが生じていた場合や、ステアリング装置２２０の中点のキャリブレーションの補正値にずれが生じていた場合にも適用することができる。

１‥車両制御システム、２‥自動運転車両、１０‥カメラ、１２‥レーダ、１４‥ファインダ、１６‥物体認識装置、３０‥車両センサ、４０‥運転操作子、４０ａ‥ウィンカーレバー、５２‥追従走行開始スイッチ、５４‥車線維持開始スイッチ、５６‥車線変更開始スイッチ、６０‥ナビゲーション装置、１００‥運転支援制御ユニット、１００−１‥通信コントローラ、１００−５‥記憶装置、１００−５ａ‥プログラム、１００−６‥ドライブ装置、１０２‥外界認識部、１０４‥自車位置認識部、１０６‥追従走行支援制御部、１０８‥車線維持支援制御部、１１０‥車線変更支援制御部、１１２‥ステップ、１２０‥記憶部、１２１‥指示値データ、１２２‥走行データ、２００‥走行駆動力出力装置、２１０‥ブレーキ装置、２１２‥ステップ、２２０‥ステアリング装置（操舵装置）、２２０‥ステアリング装置、４００‥自動運転制御ユニット、４０２‥外界認識部、４０５‥行動計画生成部、４０６‥追従走行支援制御部、４０８‥車線維持支援制御部、４１０‥車線変更支援制御部、４１２‥自動運転制御部

Claims (7)

1. 走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行する第１操舵制御部と、
   前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行する第２操舵制御部と、を備え、
   前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行する、
   車両制御システム。
2. 前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を実行する際、前記第１操舵制御部により前記第１操舵制御において与えられていた前記指示値に基づいて補正指示値を算出し、前記第２操舵制御を実行するための指示値に対して前記補正指示値を加算または減算する、
   請求項１に記載の車両制御システム。
3. 前記第２操舵制御部は、前記第１操舵制御において与えられていた前記指示値のうち、カーブ路または乗員による操舵操作による要素を除外して、直線の車線を走行していた際に与えられた継続的な指示値に基づいて、前記補正指示値を算出する、
   請求項２に記載の車両制御システム。
4. 前記第２操舵制御部は、前記第２操舵制御を実行する際、前記前記第２操舵制御が終了する第１目標位置を設定し、算出された前記補正指示値が所定の閾値以上の場合、前記第１目標位置よりも遠方に前記第２操舵制御が終了する第２目標位置を設定する、
   請求項２または３に記載の車両制御システム。
5. 前記第２操舵制御部による前記第２操舵制御は、車両の車線変更を行う制御である、
   請求項２から４のうちいずれか１項に記載の車両制御システム。
6. コンピュータが、
   走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行し、
   前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行し、
   前記第２操舵制御を開始するとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映して前記第２操舵制御を実行する、
   車両制御方法。
7. コンピュータに、
   走行車線を維持するように操舵装置を制御する第１操舵制御を実行させ、
   前記第１操舵制御の実行中に第２操舵制御を実行させ、
   前記第２操舵制御を開始させるとき、前記第１操舵制御において前記操舵装置に与えられていた指示値が左右いずれかに偏している状態が継続していた場合、前記第１操舵制御において与えられていた指示値を反映させて前記第２操舵制御を実行させる、
   プログラム。

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