JP2019123321A - 車両走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動運転から自動運転に移行した後に路面状態に応じた自動運転が実行されるときのドライバの違和感を軽減する。【解決手段】車両走行制御装置は、車両の目標軌道を含む行動計画を生成する行動計画生成部と、行動計画生成部により生成された行動計画に応じて車両が自動運転で走行するように走行用アクチュエータＡＣを制御する走行制御部４６と、路面状況を検出する路面状況検出部と、手動運転モードで走行しているときのドライバの運転特性を記憶する記憶部４２と、手動運転モードから自動運転モードへのモード切換を指令する手動自動切換スイッチ３３ａとを備える。行動計画生成部は、自動運転モードへの切換が指令されると、路面状況検出部により検出された路面状況と記憶部４２に記憶された運転特性とに基づいて、行動計画に含まれる車両の制御目標値を制限する目標値算出部４５３を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、路面状況に応じた態様で自動運転走行を行わせることが可能な車両走行制御装置に関する。

従来より、路面状態を考慮して自動運転走行を行わせるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、車両の挙動から路面の摩擦係数を推定するとともに、推定された摩擦係数が所定値より小さい場合は、所定値より大きい場合と比較して旋回加速度が小さくなるような走行計画を生成し、この走行計画に基づき車両走行を制御する。

特許文献１：特開２０１７−１２１８７４号公報

しかしながら、例えば手動運転から自動運転に移行した後に路面状態に応じた自動運転が実行されるとき、自動運転時における車両の挙動と手動運転時における車両の挙動との乖離が大きいと、乗員にとって違和感が大きい。

本発明の一態様は、自動運転機能を有効化した自動運転モードおよび自動運転機能を無効化した手動運転モードで走行可能な車両の走行動作を制御する車両走行制御装置であって、車両の目標軌道を含む行動計画を生成する行動計画生成部と、行動計画生成部により生成された行動計画に応じて車両が自動運転で走行するように走行用アクチュエータを制御する走行制御部と、路面状況を検出する路面状況検出部と、手動運転モードで走行しているときのドライバの運転特性を記憶する記憶部と、手動運転モードから自動運転モードへのモード切換を指令する手動自動切換指令部と、を備える。行動計画生成部は、手動自動切換指令部により手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されると、路面状況検出部により検出された路面状況と記憶部に記憶された運転特性とに基づいて、行動計画に含まれる車両の制御目標値を制限する行動計画制限部を有する。

本発明によれば、手動運転から自動運転に移行した際の車両の挙動の変化が少なく、乗員にとっての違和感を軽減できる。

本発明の実施形態に係る車両走行制御装置が適用される自動運転車両の走行系の概略構成を示す図。 本発明の実施形態に係る車両走行制御装置を有する車両制御システムの全体構成を概略的に示すブロック図。 本発明の実施形態に係る車両走行制御装置の要部構成を示すブロック図。 雪道路面の走行時における車速と加速度の時間経過に伴う変化の一例を示す図。 図３の制限マップ構築部により構築された制限マップの一例を示す図。 予め記憶される路面推定値と上限車速との関係を示す図。 予め記憶される路面推定値と上限加速度との関係を示す図。 図３の目標値算出部で算出される車速および加速度の制限値の第１の例を示す図。 図３の目標値算出部で算出される車速および加速度の制限値の第２の例を示す図。 図３の目標値算出部で算出される車速および加速度の制限値の第３の例を示す図。 図３の目標値算出部で算出される車速および加速度の制限値の第４の例を示す図。 図３のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 予め記憶される路面推定値と車間距離上限値との関係を示す図。

以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る車両走行制御装置は、自動運転機能を有する車両（自動運転車両）に適用される。図１は、本実施形態に係る車両走行制御装置が適用される自動運転車両（他車両と区別して自車両と呼ぶこともある）の走行系の概略構成を示す図である。自車両は、ドライバによる運転操作が不要な自動運転モードでの走行だけでなく、ドライバの運転操作による手動運転モードでの走行も可能である。

図１に示すように、自車両は、エンジン１と、変速機２とを有する。エンジン１は、スロットルバルブ１１を介して供給される吸入空気とインジェクタ１２から噴射される燃料とを適宜な割合で混合し、点火プラグ等により点火して燃焼させ、これにより回転動力を発生する内燃機関（例えばガソリンエンジン）である。なお、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジン等、各種エンジンを用いることもできる。吸入空気量はスロットルバルブ１１により調節され、スロットルバルブ１１の開度は、電気信号により作動するスロットル用アクチュエータ１３の駆動によって変更される。スロットルバルブ１１の開度およびインジェクタ１２からの燃料の噴射量（噴射時期、噴射時間）はコントローラ４０（図２）により制御される。

変速機２は、エンジン１と駆動輪３との間の動力伝達径路に設けられ、エンジン１からの回転を変速し、かつエンジン１からのトルクを変換して出力する。変速機２で変速された回転は駆動輪３に伝達され、これにより車両が走行する。なお、エンジン１の代わりに、あるいはエンジン１に加えて、駆動源としての走行用モータを設け、電気自動車やハイブリッド自動車として自車両を構成することもできる。

変速機２は、例えば複数の変速段（例えば８段）に応じて変速比を段階的に変更可能な有段変速機である。なお、変速比を無段階に変更可能な無段変速機を、変速機２として用いることもできる。図示は省略するが、トルクコンバータを介してエンジン１からの動力を変速機２に入力してもよい。変速機２は、例えばドグクラッチや摩擦クラッチなどの係合要素２１を備え、油圧制御装置２２が係合要素２１への油の流れを制御することにより、変速機２の変速段を変更することができる。油圧制御装置２２は、電気信号により作動するソレノイドバルブなどの変速機用のバルブ機構（便宜上、変速用アクチュエータ２３と呼ぶ）を有し、変速用アクチュエータ２３の作動に応じて係合要素２１への圧油の流れを変更することで、適宜な変速段を設定できる。

図２は、本発明の実施形態に係る車両走行制御装置を有する車両制御システム１００の全体構成を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、車両制御システム１００は、コントローラ４０と、コントローラ４０にそれぞれ電気的に接続された外部センサ群３１と、内部センサ群３２と、入出力装置３３と、ＧＰＳ受信機３４と、地図データベース３５と、ナビゲーション装置３６と、通信ユニット３７と、走行用アクチュエータＡＣとを主に有する。

外部センサ群３１は、自車両の周辺情報である外部状況を検出する複数のセンサの総称である。例えば外部センサ群３１には、自車両の全方位の照射光に対する散乱光を測定して自車両から周辺の障害物までの距離を測定するライダ、電磁波を照射し反射波を検出することで自車両の周辺の他車両や障害物等を検出するレーダ、自車両に搭載され、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有して自車両の周辺（前方、後方および側方）を撮像するカメラなどが含まれる。

内部センサ群３２は、自車両の走行状態を検出する複数のセンサの総称である。例えば内部センサ群３２には、自車両の車速を検出する車速センサ、自車両の前後方向の加速度および左右方向の加速度（横加速度）をそれぞれ検出する加速度センサ、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ、自車両の重心の鉛直軸回りの回転角速度を検出するヨーレートセンサ、スロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサなどが含まれる。手動運転モードでのドライバの運転操作、例えばアクセルペダルの操作、ブレーキペダルの操作、ステアリングの操作等を検出するセンサも内部センサ群３２に含まれる。

入出力装置３３は、ドライバから指令が入力されたり、ドライバに対し情報が出力されたりする装置の総称である。例えば入出力装置３３には、操作部材の操作によりドライバが各種指令を入力する各種スイッチ、ドライバが音声で指令を入力するマイク、ドライバに表示画像を介して情報を提供する表示部、ドライバに音声で情報を提供するスピーカなどが含まれる。図２には、入出力装置３３を構成するスイッチの一例として、自動運転モードおよび手動運転モードのいずれかを指令する手動自動切換スイッチ３３ａが示される。

手動自動切換スイッチ３３ａは、その操作に応じて、自動運転機能を有効化した自動運転モードまたは自動運転機能を無効化した手動運転モードへの切換指令を出力する。手動自動切換スイッチ３３ａの操作によらず、所定の走行条件が成立したときに、手動運転モードから自動運転モードへの切換、あるいは自動運転モードから手動運転モードへの切換が指令されるようにしてもよい。すなわち、手動自動切換スイッチ３３ａが自動的に切り換わることで、モード切換が手動ではなく自動で行われるようにしてもよい。

ＧＰＳ受信機３４は、複数のＧＰＳ衛星からの測位信号を受信し、これにより自車両の絶対位置（緯度、経度など）を測定する。

地図データベース３５は、ナビゲーション装置３６に用いられる一般的な地図情報を記憶する装置であり、例えばハードディスクにより構成される。地図情報には、道路の位置情報、道路形状（曲率など）の情報、交差点や分岐点の位置情報が含まれる。なお、地図データベース３５に記憶される地図情報は、コントローラ４０の記憶部４２に記憶される高精度な地図情報とは異なる。

ナビゲーション装置３６は、ドライバにより入力された目的地までの道路上の目標経路を探索するとともに、目標経路に沿った案内を行う装置である。目的地の入力および目標経路に沿った案内は、入出力装置３３を介して行われる。目標経路は、ＧＰＳ受信機３４により測定された自車両の現在位置と、地図データベース３５に記憶された地図情報とに基づいて演算される。

通信ユニット３７は、インターネット回線などの無線通信網を含むネットワークを介して図示しない各種サーバと通信し、地図情報および交通情報などを定期的に、あるいは任意のタイミングでサーバから取得する。取得した地図情報は、地図データベース３５や記憶部４２に出力され、地図情報が更新される。取得した交通情報には、渋滞情報や、信号が赤から青に変わるまでの残り時間等の信号情報が含まれる。

アクチュエータＡＣは、車両の走行を制御するために設けられる。アクチュエータＡＣには、図１に示すエンジン１のスロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）を調整するスロットル用アクチュエータ１３、変速機２の変速段を変更する変速用アクチュエータ２３の他、制動装置を作動するブレーキ用アクチュエータ、およびステアリング装置を駆動する操舵用アクチュエータなどが含まれる。

コントローラ４０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される。なお、エンジン制御用ＥＣＵ、変速機制御用ＥＣＵ等、機能の異なる複数のＥＣＵを別々に設けることができるが、図２では、便宜上、これらＥＣＵの集合としてコントローラ４０が示される。コントローラ４０は、ＣＰＵ等の演算部４１と、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ハードディスク等の記憶部４２と、図示しないその他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。

記憶部４２には、車線の中央位置の情報や車線位置の境界の情報等を含む高精度の詳細な地図情報が記憶される。より具体的には、地図情報として、道路情報、交通規制情報、住所情報、施設情報、電話番号情報等が記憶される。道路情報には、高速道路、有料道路、国道などの道路の種別を表す情報、道路の車線数、各車線の幅員、道路の勾配、道路の３次元座標位置、車線のカーブの曲率、車線の合流ポイントおよび分岐ポイントの位置、道路標識等の情報が含まれる。交通規制情報には、工事等により車線の走行が制限または通行止めとされている情報などが含まれる。記憶部４２には、変速動作の基準となるシフトマップ（変速線図）、各種制御のプログラム、プログラムで用いられる閾値等の情報も記憶される。

演算部４１は、機能的構成として、自車位置認識部４３と、外界認識部４４と、行動計画生成部４５と、走行制御部４６とを有する。

自車位置認識部４３は、ＧＰＳ受信機３４で受信した自車両の位置情報および地図データベース３５の地図情報に基づいて、地図上の自車両の位置（自車位置）を認識する。記憶部４２に記憶された地図情報（建物の形状などの情報）と、外部センサ群３１が検出した車両の周辺情報とを用いて自車位置を認識してもよく、これにより自車位置を高精度に認識することができる。なお、道路上や道路脇の外部に設置されたセンサで自車位置を測定可能であるとき、そのセンサと通信ユニット３７を介して通信することにより、自車位置を高精度に認識することもできる。

外界認識部４４は、ライダ、レーダ、カメラ等の外部センサ群３１からの信号に基づいて自車両の周囲の外部状況を認識する。例えば自車両の周辺を走行する周辺車両（前方車両や後方車両）の位置や速度や加速度、自車両の周囲に停車または駐車している周辺車両の位置、および他の物体の位置や状態などを認識する。他の物体には、標識、信号機、道路の境界線や停止線、建物、ガードレール、電柱、看板、歩行者、自転車等が含まれる。他の物体の状態には、信号機の色（赤、青、黄）、歩行者や自転車の移動速度や向きなどが含まれる。

行動計画生成部４５は、例えばナビゲーション装置３６で演算された目標経路と、自車位置認識部４３で認識された自車位置と、外界認識部４４で認識された外部状況とに基づいて、現時点から所定時間先までの自車両の走行軌道（目標軌道）を生成する。目標経路上に目標軌道の候補となる複数の軌道が存在するときには、行動計画生成部４５は、その中から法令を順守し、かつ効率よく安全に走行する等の基準を満たす最適な軌道を選択し、選択した軌道を目標軌道とする。そして、行動計画生成部４５は、生成した目標軌道に応じた行動計画を生成する。

行動計画には、現時点から所定時間Ｔ（例えば５秒）先までの間に単位時間Δｔ（例えば０．１秒）毎に設定される走行計画データ、すなわち単位時間Δｔ毎の時刻に対応付けて設定される走行計画データが含まれる。走行計画データは、単位時間Δｔ毎の自車両の位置データと車両状態のデータとを含む。位置データは、例えば道路上の２次元座標位置を示す目標点のデータであり、車両状態のデータは、車速を表す車速データと自車両の向きを表す方向データなどである。車両状態のデータは、単位時間Δｔ毎の位置データの変化から求めることができる。走行計画は単位時間Δｔ毎に更新される。

行動計画生成部４５は、現時点から所定時間Ｔ先までの単位時間Δｔ毎の位置データを時刻順に接続することにより、目標軌道を生成する。このとき、目標軌道上の単位時間Δｔ毎の各目標点の車速（目標車速）に基づいて、単位時間Δｔ毎の加速度（目標加速度）を算出する。すなわち、行動計画生成部４５は、目標車速と目標加速度とを算出する。なお、目標加速度を走行制御部４６で算出するようにしてもよい。

行動計画生成部４５は、前方車両を追い越すための追い越し走行、走行車線を変更する車線変更走行、走行車線を逸脱しないように車線を維持するレーンキープ走行、減速走行または加速走行等に対応した種々の行動計画を生成する。行動計画生成部４５は、目標軌道を生成する際に、まず走行態様を決定し、走行態様に基づいて目標軌道を生成する。例えばレーンキープ走行に対応した行動計画を作成する際には、まず定速走行、追従走行、減速走行、カーブ走行等の走行態様を決定する。

具体的には、行動計画生成部４５は、自車両の前方に他車両（前方車両）が存在しない場合に、走行態様を定速走行に決定し、前方車両が存在する場合に、追従走行に決定する。追従走行においては、例えば前方車両との間の車間距離を車速に応じた目標車間距離に制御するように、行動計画生成部４５が走行計画データを生成する。なお、車速に応じた目標車間距離は、予め記憶部４２に記憶される。

走行制御部４６は、自動運転モードにおいて、行動計画生成部４５で生成された目標軌道に沿って自車両が走行するように各アクチュエータＡＣを制御する。すなわち、単位時間Δｔ毎の目標点を自車両が通過するようにスロットル用アクチュエータ１３、変速用アクチュエータ２３、ブレーキ用アクチュエータ、および操舵用アクチュエータなどをそれぞれ制御する。

より具体的には、走行制御部４６は、自動運転モードにおいて道路勾配などにより定まる走行抵抗を考慮して、行動計画生成部４５で算出された単位時間Δｔ毎の目標加速度を得るための要求駆動力を算出する。そして、例えば内部センサ群３２により検出された実加速度が目標加速度となるようにアクチュエータＡＣをフィードバック制御する。すなわち、自車両が目標車速および目標加速度で走行するようにアクチュエータＡＣを制御する。なお、手動運転モードでは、走行制御部４６は、内部センサ群３２により取得されたドライバからの走行指令（アクセル開度等）に応じて各アクチュエータＡＣを制御する。

ところで、目標車速や目標加速度は、路面の摩擦係数を考慮して設定することが好ましい。例えば雪道や氷盤路等の摩擦係数の低い路面を走行するときは、ドライ路面を走行するときよりも目標車速や目標加速度の上限値を低く抑えることが好ましい。しかし、例えば手動運転モードで低摩擦係数の路面を走行しているときに、自動運転モードに切り換わり、手動運転モード時の車速または加速度よりも高い目標車速または目標加速度が設定されると、車両の挙動が変化し、ドライバは違和感を覚える。このような違和感を軽減するため、本実施形態では、以下のように車両走行制御装置を構成する。

図３は、本発明の実施形態に係る車両走行制御装置１０１の要部構成を示すブロック図である。このブロック図は、図２の一部を図２とは異なる観点で示したものであり、図２と同一の箇所には同一の符号を付している。図３に示すように、コントローラ４０には、通信ユニット３７と、外部センサ群３１の一部であるカメラ３１ａと、内部センサ群３２の一部である車速センサ３２ａおよび加速度センサ３２ｂと、手動自動切換スイッチ３３ａとからの信号が入力される。

コントローラ４０は、機能的構成として、道路状況推定部４５１と、制限マップ構築部４５２と、目標値算出部４５３と、状況変化判定部４５７と、走行制御部４６と、記憶部４２とを有する。道路状況推定部４５１と制限マップ構築部４５２と目標値算出部４５３と状況変化判定部４５７とは、自動運転モードにおいて行動計画を生成するための要素であり、これらは図２の行動計画生成部４５を構成する。

道路状況推定部４５１は、道路状況、より詳しくは路面状況を表す路面推定値αを算出する。路面推定値αは、路面の滑りやすさを数値化したものであり、路面が滑りやすいほど（摩擦係数が小さいほど）、路面推定値αは大きくなる。例えば、摩擦係数の大きいドライ路面では路面推定値は０であり、降雨によるウェット路面、雪道路面、凍結路面の順に、路面推定値αは大きくなる。

道路状況推定部４５１は、通信ユニット３７から道路交通情報として、雨、雪（積雪、圧雪）、凍結等の情報や、チェーン規制の情報を取得し、通信ユニット３７からの信号に基づいて路面推定値αを算出する。道路状況推定部４５１は、カメラ３１ａにより取得された画像信号に基づいて路面状況を推定し、路面推定値αを算出することもできる。内部センサ群３２の信号により自車両の発生駆動力と駆動輪のスリップの有無を判別し、スリップが発生したときの自車両の発生駆動力から路面推定値αを算出することもできる。これら複数の手法によって路面推定値αを算出するとともに、算された路面推定値αを総合的に勘案して、代表的な路面推定値αを求めることもできる。なお、通信ユニット３７、カメラ３１ａ、内部センサ群３２などの路面推定値αを算出するための検出部を、路面状況検出部と呼ぶこともある。

制限マップ構築部４５２は、手動運転モードにおいて、車速センサ３２ａにより検出された車速Ｖと、加速度センサ３２ｂにより検出された加速度Ｇとの情報に基づいて、路面推定値αに応じたドライバ固有の制限マップを構築する。図４は、路面推定値αが所定値（例えば雪道路面）であるときの車速Ｖと加速度Ｇの時間経過に伴う変化の一例を示す図である。図４に示すように、車速Ｖが低い領域では加速度Ｇ（絶対値）が大きく、車速Ｖが増加するに従い加速度Ｇ（絶対値）が小さくなる。

図５は、制限マップ構築部４５２により構築された制限マップの一例を示す図である。図５の制限マップ（特性ｆ１）は、図４の車速Ｖと加速度Ｇ（絶対値）の関係によって求められる。すなわち、特性ｆ１は、車速Ｖに応じた最大加速度Ｇあるいは加速度Ｇに応じた最大車速Ｖであり、したがって、図４の各時点の車速Ｖと加速度Ｇとは、特性ｆ１の内側領域に含まれ、特性ｆ１は、ドライバの運転範囲（車速Ｖと加速度Ｇのとり得る範囲）を示す。特性ｆ１によれば、車速Ｖが０のとき加速度Ｇは最大Ｇｍａｘであり、以降、車速Ｖの増加に伴い加速度Ｇが低下し、加速度Ｇが０のとき車速Ｖは最大Ｖｍａｘとなる。

特性ｆ１は、雪道路面におけるドライバの運転傾向を示しており、ドライバ固有の特性である。雪道走行に不慣れなドライバは、慎重な運転を行うために特性ｆ１が内側（例えば矢印Ｂ方向）に移動して運転範囲が狭くなる。これに対し、雪道走行の慣れたドライバは、特性ｆ１が外側（例えば矢印Ａ方向）に移動して運転範囲が拡大する。特性ｆ１は、路面状況に応じて変化する。例えばドライ路面では、特性ｆ１が外側に移動して運転範囲が拡大する。これに対し、氷盤路面では、特性ｆ１が内側に移動して運転範囲が狭くなる。制限マップ構築部４５２により構築された特性ｆ１は、記憶部４２に記憶される。

目標値算出部４５３は、基準値算出部４５４と、制限値算出部４５５と、目標値決定部４５６とを有する。行動計画生成部４５は、外部センサ群３１と外界認識部４４とにより検出された自車両の周辺状況に基づいて自車両の行動計画を生成する。このとき、基準値算出部４５４は、行動計画に含まれる単位時間Δｔ毎の制御目標値を演算する。制御目標値は、自車両が自動運転モードで走行するときの目標車速と目標加速度とを含む。基準値算出部４５４で算出される制御目標値は、制限値算出部４５５により制限される前の車速および加速度の基準値（基準車速Ｖａ０、基準加速度Ｇａ０）である。

制限値算出部４５５は、ドライバの運転傾向などの内的要因と路面状況などの外的要因とを考慮して、自動運転モード時の目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａの設定可能範囲、すなわち車速と加速度の制限値（制限車速Ｖａ１、制限加速度Ｇａ１）を算出する。内的要因を考慮した制限値（第１制限値）は、制限マップ構築部４５２により構築された特性ｆ１により定められる。一方、外的要因を考慮した制限値（第２制限値）は、路面状況に応じた車速Ｖの上限値（上限車速Ｖａ２）および加速度Ｇの上限値（上限加速度Ｇａ２）であり、これは予め記憶部４２に記憶された図６Ａ，図６Ｂの特性に従い算出される。

図６Ａ，図６Ｂは、それぞれ路面推定値αと第２制限値としての上限車速Ｖａ２および上限加速度Ｇａ２との関係を示す図である。図６Ａ，図６Ｂにおいて、路面推定値αが０以上かつα１未満の範囲はドライ路面、α１以上かつα２未満の範囲は降雨時等のウェット路面、α２以上かつα３未満の範囲は雪道路面、α３以上かつα４未満の範囲は凍結路面である。

図６Ａに示すように、上限車速Ｖａ２は、ドライ路面では最大であり、路面推定値αがα１を越えて所定値以上になると、路面推定値αの増加に伴い上限車速Ｖａ２は徐々に低下する。図６Ｂに示すように、上限加速度Ｇａ２は、ドライ路面では最大であり、路面推定値αがα１を越えて所定値以上になると、路面推定値αの増加に伴い上限加速度Ｇａ２は徐々に減少する。制限値算出部４５５は、これら図６Ａ，６Ｂの関係から、第２制限値としての上限車速Ｖａ２および上限加速度Ｇａ２をそれぞれ算出する。例えば、路面推定値αがα２とα３との間のα４（雪道路面）であるとき、上限車速Ｖａ２はＶａ４および上限加速度Ｇａ２はＧａ４となる。

制限値算出部４５５は、このようにして算出された外的要因を考慮した第２制限値（上限車速Ｖａ２，上限加速度Ｇａ２）と、内的要因を考慮した第１制限値（特性ｆ１）とに基づき、車速および加速度の最終的な制限値Ｖａ１，Ｇａ１を算出する。すなわち、路面状況と手動運転モード時のドライバの運転態様とを考慮して、手動運転モードから自動運転モードに切り換わったときの制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１を算出する。換言すると、行動計画に含まれる目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａの設定可能範囲を算出する。

具体的には、第１制限値（特性ｆ１）と第２制限値（Ｖａ２，Ｇａ２）との大小関係を判定し、より小さい方の値を車速および加速度の制限値Ｖａ１，Ｇａ１として算出する。したがって、特性ｆ１の内側で、かつ、Ｖ＝Ｖａ２，Ｇ＝Ｇａ２の内側の領域を区画する特性が、制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１となる。

ドライバ固有の第１制限値の変化に伴い制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１がいかに変化するかを、図７Ａ〜図７Ｄを参照して具体的に説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｄには、それぞれ路面推定値αが所定値α４（雪道路面）のときの第１制限値の異なる特性ｆ１ａ〜ｆ１ｄが示されるとともに、雪道路面における第２制限値Ｖａ４，Ｇａ４が点Ｐ４で示される。

図７Ａに示すように、点Ｐ４が特性ｆ１ａの内側にあるとき、Ｖ＝Ｖａ４とＧ＝Ｇａ４とによって区画される斜線領域Ｓａが目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａの設定可能範囲となる。したがって、Ｖ＝Ｖａ４とＧ＝Ｇａ４とを結んで得られる特性ｆａ上の点がそれぞれ制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１となる。

図７Ｂには、図７Ａよりも最大加速度Ｇｍａｘが小さい特性ｆ１ｂが示され、点Ｐ４は特性ｆ１ｂの外側にある（Ｇａ４＞Ｇｍａｘ）。このとき、図７Ｂに示すように、Ｖａ４＜Ｖｍａｘであれば、Ｖ＝Ｖａ４と特性ｆ１ｂとによって区画される斜線領域Ｓｂが目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａの設定可能範囲となる。したがって、Ｖ＝Ｖａ４と特性ｆ１ｂとを結んで得られる特性ｆｂ上の点がそれぞれ制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１となる。

図７Ｃには、図７Ａよりも最大速度Ｖｍａｘが小さい特性ｆ１ｃが示され、点Ｐ４は特性ｆ１ｂの外側にある（Ｖａ４＞Ｖｍａｘ）。このとき、図７Ｃに示すように、Ｇａ４＜Ｇｍａｘであれば、Ｇ＝Ｇａ４と特性ｆ１ｃとによって区画される斜線領域Ｓｃが目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａの設定可能範囲となる。したがって、Ｇ＝Ｇａ４と特性ｆ１ｃとを結んで得られる特性ｆｃ上の点がそれぞれ制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１となる。

図７Ｄには、図７Ａよりも最大速度Ｖｍａｘおよび最大加速度Ｇｍａｘが小さい特性ｆ１ｄが示され、点Ｐ４は特性ｆ１ｄの外側にある（Ｖａ４＞Ｖｍａｘ、Ｇａ４＞Ｇｍａｘ）。この場合には、特性ｆ１ｄによって区画される斜線領域Ｓｄが目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａの設定可能範囲となる。したがって、特性ｆ１ｄ（特性ｆｄ）上の点がそれぞれ制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１となる。

目標値決定部４５６は、行動計画に含まれる単位時間Δｔ毎の目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａを決定する。具体的には、基準値算出部４５４により算出された基準車速Ｖａ０が制限値算出部４５５で算出された制限車速Ｖａ１以下か否か、および基準値算出部４５４により算出された基準加速度Ｇａ０が制限値算出部４５５で算出された制限加速度Ｇａ１以下か否かを判定する。基準車速Ｖａ０が制限車速Ｖａ１以下で、かつ、基準加速度Ｇａ０が制限加速度Ｇａ１以下のとき、目標値決定部４５６は、基準車速Ｖａ０と基準加速度Ｇａ０とを、それぞれ目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａに決定する。

一方、基準車速Ｖａ０が制限車速Ｖａ１を超えるときは、目標車速Ｖａを制限車速Ｖａ１で制限する。例えば制限車速Ｖａ１を目標車速Ｖａに決定する。また、基準加速度Ｇａ０が制限加速度Ｇａ１を越えるときは、目標加速度Ｇａを制限加速度Ｇａ１で制限する。例えば制限加速度Ｇａ１を目標加速度Ｇａに決定する。すなわち、目標値決定部４５６は、図７Ａ〜図７Ｄの斜線領域Ｓａ〜Ｓｄ内で、目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａとを決定する。

状況変化判定部４５７は、手動運転モードから自動運転モードに切り換えられたときの路面状況から現在の路面状況が変化したか否かを判定する。この判定は、路面状況に応じた上限車速Ｖａ２（図６Ａ）や上限加速度Ｇａ２（図６Ｂ）が所定値以上変化したか否かの判定である。制限値算出部４５５は、路面推定値αの変化に伴い、図６Ａ，６Ｂの特性に基づき制限車速Ｖａ１と制限加速度Ｇａ１とを変更する。そして、状況変化判定部４５７により、路面状況の変化により上限車速Ｖａ２と上限加速度Ｇａ２とが所定値以上変化したと判定されると、制限値算出部４５５は、手動運転時のドライバの運転傾向を考慮せず、路面状況に基づいて算出された上限車速Ｖａ２および上限加速度Ｇａ２を、制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１とする。目標値決定部４５６は、路面状況の変化後に算出された制限値Ｖａ１，Ｇａ１で目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａとが制限されるように目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａとを決定する。

走行制御部４６は、自車両の車速Ｖおよび加速度Ｇが、目標値決定部４５６で決定された目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａとなるように、アクチュエータＡＣに制御信号を出力する。

図８は、予め記憶部４２に記憶されたプログラムに従い図３のコントローラ４０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば運転モードが手動運転モードに切り換わると開始される。

まず、ステップＳ１で、通信ユニット３７から取得した道路交通情報、カメラ３１ａにより取得された路面の画像信号、駆動輪のスリップの有無等に基づいて、道路状況推定部４５１が道路状況を推定する。すなわち路面状況を表す路面推定値αを算出する。次いで、ステップＳ２で、制限マップ構築部４５２が、手動運転モード時に車速センサ３２ａにより検出された車速Ｖと加速度センサ３２ｂにより検出された加速度Ｇとの情報に基づいて、ドライバ固有の運転特性を表す制限マップ（図５の特性ｆ１）を構築し、これを記憶部４２に記憶する。

次いで、ステップＳ３で、手動自動切換スイッチ３３ａからの指令により、手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されたか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。ステップＳ４では、外部センサ群３１と外界認識部４４とにより検出された自車両の周辺状況に基づいて、制御目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）の基準となる基準車速Ｖａ０および基準加速度Ｇａ０を算出する。

次いで、ステップＳ５でステップＳ１と同様、道路状況推定部４５１が道路状況を推定する。ステップＳ６では、状況変化判定部４５７が、手動運転モードから自動運転モードに切り換えられたときと比べ、路面状況が変化したか否か、すなわち、ステップＳ１で推定された道路状況とステップＳ５で推定された道路状況との間で、上限車速Ｖａ２や上限加速度Ｇａ２が所定値以上変化する程度に路面状況（路面推定値α）が変化したか否かを判定する。

ステップＳ６で否定されるとステップＳ７に進み、制限値算出部４５５が、制限マップと路面状況とに基づいて制限車速Ｖａ１と制限加速度Ｇａ１とを算出する。すなわち、記憶部４２に記憶された制限マップを表す特性ｆ１（第１制限値）と、ステップＳ５で推定された路面状況に応じた上限車速Ｖａ２および上限加速度Ｇａ２（第２制限値）との大小関係を判定し、制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１を算出する。

一方、ステップＳ６で肯定されるとステップＳ８に進み、制限値算出部４５５が、路面状況に基づいて制限車速Ｖａ１と制限加速度Ｇａ１とを算出する。記憶部４２には、現在の路面状況と異なる路面状況に対応したドライバの運転特性が記憶されている。路面状況が異なる運転特性は考慮する必要がないため、ステップＳ８では、記憶された運転特性（第１制限値）を用いることなく、ステップＳ５で推定された路面状況に応じた上限車速Ｖａ２および上限加速度Ｇａ２（第２制限値）を、制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１として算出する。

ステップＳ９では、目標値決定部４５６が、ステップＳ７で算出した制限値Ｖａ１，Ｇａ１またはステップＳ８で算出した制限値Ｖａ１，Ｇａ１により、ステップＳ４で算出した基準車速Ｖａ０および基準加速度Ｇａ０をそれぞれ制限し、目標値（目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａ）を決定する。次いで、ステップＳ１０で、走行制御部４６が、目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａに応じてアクチュエータＡＣに制御信号を出力する。次いで、ステップＳ１１で、手動自動切換スイッチ３３ａからの指令により、自動運転モードから手動運転モードへの切換が指令されたか否かを判定する。ステップＳ１１が否定されるとステップＳ４に戻り、肯定されると処理を終了する。

本実施形態に係る車両走行制御装置１０１の主要な動作をより具体的に説明する。例えば雪道路面をドライバが手動運転で走行しているとき、車速Ｖと加速度Ｇの変化を表すドライバ固有の運転特性（特性ｆ１）が記憶部４２に記憶される（ステップＳ２）。この後、手動運転モードから自動運転モードに切り換わると、自動運転時の目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａは、運転特性と路面状況とに応じて求められた制限車速Ｖａ１および制限加速度Ｇａ１で制限される（ステップＳ７、ステップＳ９）。これにより、手動運転時における車両の挙動と自動運転時における車両の挙動との乖離が小さいため、ドライバにとっての違和感を軽減することができる。

特に、ドライバの運転特性は図７Ａ〜図７Ｄの特性ｆ１ａ〜ｆ１ｄに示すように多様であり、各ドライバの運転特性を考慮して目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａの制限値Ｖａ１，Ｇａ１が設定される。このため、手動運転モードから自動運転モードに切り換わったときの車両の挙動の変化が小さく、ドライバの違和感を良好に軽減できる。

自動運転モードで走行中に、路面状況が例えば雪道路面からドライ路面に変化すると、自動運転時の目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａは、路面状況に応じて求められた制限車速Ｖａ１（上限車速Ｖａ２）および制限加速度Ｇａ１（上限加速度Ｇａ２）で制限される（ステップＳ８、ステップＳ９）。これにより、路面状況が変化したときは、変化前のドライバの運転特性を考慮することなく変化後の路面状況のみに基づいて、目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａが制限される。このため、目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａが必要以上に制限されることがなく、良好な自動運転を行うことができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）車両走行制御装置１０１は、自動運転機能を有効化した自動運転モードおよび自動運転機能を無効化した手動運転モードで走行可能な車両の走行動作を制御するものであり、車両の目標軌道を含む行動計画を生成する行動計画生成部４５と、行動計画生成部４５により生成された行動計画に応じて車両が自動運転で走行するように走行用のアクチュエータＡＣを制御する走行制御部４６と、路面状況を検出する通信ユニット３７およびカメラ３１ａなどの路面状況検出部と、手動運転モードで走行しているときのドライバの運転特性を記憶する記憶部４２と、手動運転モードから自動運転モードへのモード切換を指令する手動自動切換スイッチ３３ａと、を備える（図２，３）。行動計画生成部４５は、手動自動切換スイッチ３３ａにより手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されると、路面状況検出部により検出された路面状況と記憶部４２に記憶された運転特性とに基づいて、行動計画に含まれる車両の制御目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）を制限する目標値算出部４５３（制限値算出部４４５、目標値決定部４５６）を有する（図３）。

この構成により、路面状況に応じてだけでなく、手動運転時のドライバ固有の運転特性に応じて制御目標値が制限される。このため、手動運転モードから自動運転モードに切り換わった際の車両の挙動の変化が抑えられ、ドライバの違和感を軽減することができる。

（２）制御目標値は、車速および加速度の目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）を含む。記憶部４２に記憶される運転特性は、手動運転モードで走行時の車速および加速度の変動領域を表す特性ｆ１である（図５）。目標値算出部４５３（制限値算出部４５５、目標値決定部４５６）は、路面状況検出部により検出された路面状況に応じて目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａを制限するとともに、運転特性により目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａを制限する。これにより、行動計画に含まれる目標車速Ｖａと目標加速度Ｇａを良好な値に設定することができ、ドライバにとって違和感のない最適な自動運転走行が可能である。

（３）目標値算出部４５３は、手動自動切換スイッチ３３ａにより手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されたときに路面状況検出部により第１路面状況（例えば雪道路面）が検出されると、その第１路面状況と記憶部４２に記憶された運転特性とに基づいて制御目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）を制限する。その後、路面状況検出部により第１路面状況から第２路面状況（例えばドライ路面）への変化が検出されると、目標値算出部４５３は、第２路面状況に基づいて制御目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）を制限する。これにより、制御目標値（目標車速Ｖａ、目標加速度Ｇａ）が必要以上に制限されることがなく、良好な自動運転を行うことができる。

上記実施形態は種々の形態に変更することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、車速および加速度を自動運転時の制御目標値として設定したが、制御目標値はこれに限らない。例えば追従走行時における前方車両との間の車間距離の目標値を制御目標値として設定してもよい。この場合も、路面状況とドライバの運転特性とに応じて目標車速Ｖａおよび目標加速度Ｇａを制限したのと同様、路面状況とドライバの運転特性とに応じて目標車間距離を制限することが好ましい。以下、この点について説明する。

図９は、予め記憶部４２に記憶された、路面推定値αと目標車間距離Ｌａの上限値（上限車間距離Ｌａ２）との関係を示す図である。図９に示すように、上限車間距離Ｌａ２は、路面推定値αが小さいほど小さく、路面推定値αの増加に伴い徐々に増加する。基準値算出部４５４は、行動計画生成部４５で生成される行動計画に基づいて目標車間距離Ｌａの基準値（基準車間距離Ｌａ０）を算出する。制限値算出部４５５は、図９を用いて路面状況に応じて上限車間距離Ｌａ２を算出する。目標値決定部４５６は、基準値算出部４５４で算出された基準車間距離Ｌａ０を上限車間距離Ｌａ２で制限し、目標車間距離Ｌａを決定する。走行制御部４６は、車間距離がこの目標車間距離ＬａとなるようにアクチュエータＡＣを制御する。

このように目標値算出部４５３が、路面状況検出部により検出された路面状況に応じて車間距離の目標値（目標車間距離Ｌａ）を制限することで、路面状況に応じて車間距離を適切に設定することができる。したがって、自動運転での追従走行を良好に行うことができる。

なお、上記実施形態では、通信ユニット３７からの交通情報、カメラ３１ａからの画像信号、内部センサ群３２からのスリップ情報に基づいて、路面状況を検出するようにしたが、路面状況検出部の構成はこれに限らない。上記実施形態では、手動自動切換スイッチ３３ａ（手動自動切換指令部）により手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されると、路面状況検出部により検出された路面状況と記憶部４２に記憶された運転特性とに基づいて、制限値算出部４５５で制御目標値（目標車速、目標加速度）の制限値を算出し、目標値決定部４５６がこの制限値で制御目標値を制限するようにしたが、行動計画に含まれる車両の制御目標値を制限するのであれば、行動計画制限部の構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

３１ａ カメラ、３２ 内部センサ群、３３ａ 手動自動切換スイッチ、３７ 通信ユニット、４２ 記憶部、４５ 行動計画生成部、４６ 走行制御部、１０１ 車両走行制御装置、４５１ 道路状況推定部、４５２ 制限マップ構築部、４５３ 目標値算出部、４５４ 基準値算出部、４５５ 制限値算出部、４５６ 目標値決定部、４５７ 状況変化判定部、ＡＣ アクチュエータ

Claims (4)

1. 自動運転機能を有効化した自動運転モードおよび前記自動運転機能を無効化した手動運転モードで走行可能な車両の走行動作を制御する車両走行制御装置であって、
   前記車両の目標軌道を含む行動計画を生成する行動計画生成部と、
   前記行動計画生成部により生成された行動計画に応じて前記車両が自動運転で走行するように走行用アクチュエータを制御する走行制御部と、
   路面状況を検出する路面状況検出部と、
   前記手動運転モードで走行しているときのドライバの運転特性を記憶する記憶部と、
   前記手動運転モードから前記自動運転モードへのモード切換を指令する手動自動切換指令部と、を備え、
   前記行動計画生成部は、前記手動自動切換指令部により前記手動運転モードから前記自動運転モードへの切換が指令されると、前記路面状況検出部により検出された路面状況と前記記憶部に記憶された運転特性とに基づいて、前記行動計画に含まれる車両の制御目標値を制限する行動計画制限部を有することを特徴とする車両走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両走行制御装置において、
   前記制御目標値は、車速および加速度の目標値を含み、
   前記記憶部に記憶される運転特性は、前記手動運転モードで走行時の車速および加速度の変動領域を表す特性であり、
   前記行動計画制限部は、前記路面状況検出部により検出された路面状況に応じて車速および加速度の目標値を制限するとともに、前記運転特性により車速および加速度の目標値を制限することを特徴とする車両走行制御装置。
3. 請求項２に記載の車両走行制御装置において、
   前記制御目標値は、さらに前方車両との間の車間距離の目標値を含み、
   前記行動計画制限部は、前記路面状況検出部により検出された路面状況に応じて車間距離の目標値を制限することを特徴とする車両走行制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両走行制御装置において、
   前記行動計画制限部は、前記手動自動切換指令部により手動運転モードから自動運転モードへの切換が指令されたときに前記路面状況検出部により第１路面状況が検出されると、前記第１路面状況と前記記憶部に記憶された運転特性とに基づいて前記制御目標値を制限し、その後、前記路面状況検出部により前記第１路面状況から第２路面状況への変化が検出されると、前記第２路面状況に基づいて前記制御目標値を制限することを特徴とする車両走行制御装置。

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