JP2021068052A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが、車両が自動制御で車線変更ができないことを把握できる車両制御装置を提供する。【解決手段】車両制御装置は、地図データと、車両１０の目的地に向かう走行予定経路と、車両１０の現在位置とに基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する車線変更要否判定部３３と、車線変更を行うことが必要と判定された場合、当該判定が行われた位置から所定の距離以内または当該判定が行われた時点から所定の時間内に、車両１０の動作を制御する車両制御部３６を用いて車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御すると共に、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、当該評価値が所定の閾値以上の場合には、車両１０の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求を、通知部６を介してドライバへ通知する車線変更計画部３４と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

車両の運転支援又は自動運転制御に利用するために、車両の位置と、車両の目的地と、地図データとに基づいて、車両の走行予定経路を生成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

走行予定経路は、車両の目的地が変更された場合、または、車両が走行する道路の状況などによって車両が走行予定経路から外れた場合には変更され得る。車両は、変更された走行予定経路を、車両の現在位置と共にディスプレイに表示して、ドライバに対して最新の走行予定経路を通知する。

このように、車両は、車両の将来の経路に関する情報を、ディスプレイに表示してドライバへ通知し、ドライバは、ディスプレイに表示された車両の位置および走行予定経路を見て、車両の将来の経路を把握する。

車両の将来の経路に関する情報として、車両が、右折すること、左折すること、現在走行中の道路内で車線変更すること、現在走行中の道路から合流先の他の道路へ進入すること、および、現在走行中の道路から分岐先の他の道路へ退出することなどがある。

ここで、車線変更には、車両が走行している車線から、合流先の他の道路へ進入するための車線へ移動すること、分岐先の他の道路へ退出するための車線へ移動すること、および、右折または左折するための車線へ移動することも含まれるので、ドライバにとって車両の将来の経路に関する重要な情報の中の１つである。

特開２０１７−１８２５２１号公報

自動運転車両は、車線変更を行う時、自動運転車両と他の車両との間に安全な距離が維持されるように走行動作を制御する。もし自動運転車両と他の車両との間に安全な距離が確保できそうにない場合、自動運転車両は、自動運転車両と他の車両との間に安全な距離が確保できる状況となるまで、車線変更を行わずに現在の車線上で走行を続ける。

自動運転車両は、車線変更を待機している間も走行しているので、自動制御で車線変更ができない場合、車線変更できなかった結果として右折することができないなどの理由によって、走行予定経路にそった走行を行えない場合がある。

そこで、本発明は、ドライバが、車両が自動制御で車線変更ができないことを把握できる車両制御装置を提供することを目的とする。

一の実施形態によれば、車両制御装置を提供される。この車両制御装置は、地図データと、車両の目的地に向かう走行予定経路と、車両の現在位置とに基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する車線変更要否判定部と、車線変更を行うことが必要と判定された場合、当該判定が行われた位置から所定の距離以内または当該判定が行われた時点から所定の時間内に、車両の動作を制御する車両制御部を用いて車線変更を行うように車両の動作を制御すると共に、当該制御を行っている間車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、当該評価値が所定の閾値以上の場合には、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求を、通知部を介してドライバへ通知する車線変更計画部と、を有する。

本発明に係る車両制御装置は、ドライバが、車両が自動制御で車線変更ができないことを把握できるという効果を奏する。

車両制御装置が実装される車両制御システムの概略構成図である。 車両制御装置の一つの実施形態である電子制御装置のハードウェア構成図である。 車両制御処理に関する、電子制御装置のプロセッサの機能ブロック図である。 車線変更を行うことの要否を判定する処理を説明する図（その１）である。 車線変更を行うことの要否を判定する処理を説明する図（その２）である。 車線変更を行うことの要否を判定する処理を説明する図（その３）である。 期待度を算出する処理を説明する図（その１）である。 期待度を算出する処理を説明する図（その２）である。 車両制御処理を含む、車両制御システムの動作フローチャートである。

以下、図を参照しつつ、車両制御装置について説明する。この車両制御装置は、車両の目的地に向かう走行予定経路と、車両の現在位置に基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する。車両制御装置は、車線変更を行うことが必要と判定した場合、この判定が行われた位置から所定の距離以内またはこの判定が行われた時点から所定の時間内に、車線変更を試みるように車両の走行動作を制御すると共に、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、評価値が所定の閾値以上の場合には、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求（制御変更要求）を、通知部を介してドライバへ通知する。これにより、ドライバは、車両が自動制御で車線変更ができないことを把握できる。

本実施形態の車両制御装置を有する車両制御システムは、車両を自動制御で運転する自動制御運転モードと、ドライバが車両を操作して運転する手動制御運転モードとを有する。自動制御運転モードの車両制御システムは、ドライバによって制御変更要求が承諾された場合、車両の運転を適用中の自動制御運転モードから手動制御運転モードへ切り替える。これにより、車両が自動制御で車線変更ができない場合、ドライバは手動制御で車両を操作して車線変更を行うことが可能となる。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。

図１は、車両制御装置が実装される車両制御システムの概略構成図である。また、図２は、車両制御装置の一つの実施形態である電子制御装置のハードウェア構成図である。

本実施形態では、車両１０に搭載され、且つ、車両１０を制御する車両制御システム１は、車両の前方の画像を撮影するカメラ２と、車両１０の前後左右に配置されるライダセンサ３ａ〜３ｄとを有する。また、車両制御システム１は、測位情報受信機４と、測位情報受信機４が出力する測位情報に基づいて地図情報を生成する地図情報記憶装置５と、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）６と、操作装置７と、ナビゲーション装置８と、車両制御装置の一例である電子制御装置（ＥＣＵ）９とを有する。

カメラ２と、ライダセンサ３ａ〜３ｄと、地図情報記憶装置５と、ＧＵＩ６と、操作装置７と、ナビゲーション装置８と、ＥＣＵ９とは、コントローラエリアネットワークといった規格に準拠した車内ネットワーク１１を介して通信可能に接続される。

カメラ２は、車両１０の前方を向くように、例えば、車両１０の車室内に取り付けられる。カメラ２は、所定の周期で設定される画像情報取得時刻において、車両１０の前方の所定の領域が表された画像を生成する。生成された画像には、車両１０の前方の所定の領域内に含まれる路面上の車線区画線などの地物が表わされる。カメラ２により生成される画像は、カラー画像であってもよく、又は、グレー画像であってもよい。カメラ２は、撮像部の一例であり、CCDあるいはC-MOSなど、可視光に感度を有する光電変換素子のアレイで構成された２次元検出器と、その２次元検出器上に撮影対象となる領域の像を結像する撮像光学系を有する。

カメラ２は、画像を生成する度に、画像及び画像を生成した画像情報取得時刻を、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。画像は、ＥＣＵ９において、車両の位置を推定する処理に使用されるのと共に、車両１０の周囲の他の物体を検出する処理に使用される。

ライダセンサ３ａ〜３ｄのそれぞれは、車両１０の前方、左側方、後方、右側方を向くように、例えば、車両１０の外面に取り付けられる。ライダセンサ３ａ〜３ｄのそれぞれは、所定の周期で設定される距離情報取得時刻において、車両１０の前方、左側方、後方、右側方に向けてパルス状のレーザを同期して発射して、反射物により反射された反射波を受信する。反射波が戻ってくるのに要する時間は、レーザが照射された方向に位置する地物と車両１０との間の距離情報を有する。ライダセンサ３ａ〜３ｄのそれぞれは、レーザの照射方向及び反射波が戻ってくるのに要する時間を含む反射波情報を、レーザを発射した距離情報取得時刻と共に、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。反射波情報は、ＥＣＵ９において、車両１０の周囲の他の物体を検出する処理に使用される。

測位情報受信機４は、車両１０の現在位置を表す測位情報を出力する。例えば、測位情報受信機４は、ＧＰＳ受信機とすることができる。測位情報受信機４は、ＧＰＳ電波を受信する測位情報受信部４ａと、測位情報受信部４ａが受信したＧＰＳ電波に基づいて、車両１０の現在位置を表す測位情報を出力するプロセッサ４ｂとを有する。プロセッサ４ｂは、測位情報受信部４ａが所定の受信周期で測位情報を取得する度に、測位情報及び測位情報を取得した測位情報取得時刻を、地図情報記憶装置５へ出力する。

地図情報記憶装置５は、プロセッサ（図示せず）と、磁気ディスクドライブ又は不揮発性の半導体メモリなどの記憶装置（図示せず）とを有しており、この記憶装置は、車両１０の現在位置を含む相対的に広い範囲（例えば１０〜３０ｋｍ四方の範囲）の広域地図情報を記憶する。この広域地図情報は、道路上の車線区画線などの地物、構造物の種類および位置を表す情報、道路の法定速度などを含む高精度地図情報であることが好ましい。なお、道路上の地物、構造物の位置は、例えば、実空間における所定の基準位置を原点とする世界座標系で表される。地図情報記憶装置５のプロセッサは、車両１０の現在位置に応じて、無線通信装置（図示せず）を介した無線通信により、基地局を介して外部のサーバから広域地図情報を受信して記憶装置に記憶する。地図情報記憶装置５のプロセッサは、測位情報受信機４から測位情報を入力する度に、記憶装置に記憶している広域地図情報を参照して、測位情報により表される現在位置を含む相対的に狭い領域（例えば、１００ｍ〜１０ｋｍ四方の範囲）の地図情報及び測位情報取得時刻を、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。また、地図情報記憶装置５のプロセッサは、測位情報受信機４から測位情報及び測位情報取得時刻を入力する度に、測位情報及び測位情報取得時刻を、車内ネットワーク１１を介してナビゲーション装置８へ出力する。

ＧＵＩ６は、通知部の一例である。ＧＵＩ６は、ＥＣＵ９に制御されて車両１０の走行情報および車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求などをドライバへ通知し、またドライバから車両１０に対する操作を入力する。車両１０の走行情報は、車両の位置、走行予定経路、車線変更を行う予定などの車両の現在および将来の経路に関する情報などを含む。ＧＵＩ６は、走行情報および制御変更要求などをドライバへ通知する通知装置として、例えば、液晶ディスプレイまたはタッチパネルを有する。また、ＧＵＩ６は、ドライバから車両１０への操作情報を入力する入力装置として、例えば、タッチパネルまたは操作ボタンを有する。操作情報として、例えば、目的地、経由地、車両速度、その他の車両の制御情報、車線変更を行うことに対する回答、および、制御変更要求に対するドライバの回答などが挙げられる。ＧＵＩ６は、入力された操作情報を、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。

操作装置７は、車両１０の手動制御運転モードにおいて、ドライバが、車両１０を手動で操作するための、ステアリング、アクセルペダル、ブレーキペダルなどを有する。操作装置７は、ドライバのステアリング操作による操舵量に応じた制御信号を生成して、車両１０の操舵輪を制御するアクチュエータ（図示せず）へ出力する。操作装置７は、ドライバのアクセルペダル操作によるアクセル開度に応じた制御信号を生成して、車両１０のエンジンの燃料噴射装置（図示せず）へ出力する。操作装置７は、ドライバのブレーキペダル操作によるブレーキ量に応じた制御信号を生成して、車両１０のブレーキ（図示せず）へ出力する。

ナビゲーション装置８は、ナビゲーション用地図情報と、車両１０の目的地と、車両１０の現在位置とに基づいて、車両１０の現在位置から目的地までの走行予定経路を生成する。ナビゲーション装置８は、ナビゲーション用地図情報を記憶するメモリ８ａと、プロセッサ８ｂとを有する。ナビゲーション用地図情報は、道路を表すリンクの位置情報と、リンクによって接続されるノードの位置情報とを有する。走行予定経路の道路配置は、道路を表すリンクと、リンクによって接続されるノードとによって表される。リンクおよびノードの位置は、例えば、世界座標系の座標で表される。プロセッサ８ｂは、メモリ８ａに記憶するナビゲーション用地図情報と、ＧＵＩ６から受信した車両１０の目的地と、地図情報記憶装置５から受信した車両の現在位置とに基づいて、車両１０の現在位置から目的地までの走行予定経路を生成する。プロセッサ８ｂは、例えば、ダイクストラ法を用いて、車両１０の走行予定経路を生成する。走行予定経路は、右折、左折、合流、分岐などの位置に関する情報を含む。プロセッサ８ｂは、目的地が新しく設定された場合、または、車両１０の現在位置が走行予定経路から外れた場合などに、車両１０の走行予定経路を新たに生成する。プロセッサ８ｂは、走行予定経路を生成するたびに、その走行予定経路を、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。

ＥＣＵ９は、車両１０を制御する。本実施形態では、ＥＣＵ９は、車線変更を行うことが必要と判定した場合、車線変更を行う予定であることを、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する。ＥＣＵ９は、車線変更を含む運転計画を生成して、車両１０を自動制御運転するように車両１０の走行動作を制御する。ＥＣＵ９は、車線変更を試みるように車両１０の制御を行っている間、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、評価値が所定の閾値以上の場合には、車両１０の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する。そのために、ＥＣＵ９は、通信インターフェース２１と、メモリ２２と、プロセッサ２３とを有する。

通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）２１は、通信部の一例であり、ＥＣＵ９を車内ネットワーク１１に接続するためのインターフェース回路を有する。すなわち、通信インターフェース２１は、車内ネットワーク１１を介して、ＧＵＩ６などと接続される。通信インターフェース２１は、ＥＣＵ９から車線変更を行う予定であることを示す情報または制御変更要求を示す情報を受信すると、受信した情報を、ＧＵＩ６へ送信する。また、通信インターフェース２１は、ＧＵＩ６からドライバが車線変更を行うことに対する回答を示す情報または制御変更要求に対する回答を示す情報を受信すると、受信した情報をプロセッサ２３へわたす。また、通信インターフェース２１は、車内ネットワーク１１を介して、カメラ２及び地図情報記憶装置５などと接続される。通信インターフェース２１は、例えば、カメラ２から画像及び画像情報取得時刻を受信する度に、受信した画像及び画像情報取得時刻をプロセッサ２３へわたす。また通信インターフェース２１は、地図情報記憶装置５から測位情報、測位情報取得時刻及び地図情報を受信する度に、受信した測位情報、測位情報取得時刻及び地図情報をプロセッサ２３へわたす。また通信インターフェース２１は、図示しない車両速度センサ、加速度センサ及びヨーレートセンサから受信した車両速度、加速度及びヨーレートを、プロセッサ２３へわたす。

メモリ２２は、記憶部の一例であり、例えば、揮発性の半導体メモリ及び不揮発性の半導体メモリを有する。そしてメモリ２２は、ＥＣＵ９のプロセッサ２３により実行される車両制御処理において使用される各種のデータ、カメラ２及び各ライダセンサ３ａ〜３ｄの光軸方向及び取り付け位置などの設置位置情報、撮像光学系の焦点距離及び画角といった内部パラメータなどを記憶する。また、メモリ２２は、ナビゲーション装置８から受信した走行予定経路、カメラ２などから受信した画像及び画像情報取得時刻、地図情報記憶装置５から受信した測位情報、測位情報取得時刻及び地図情報などを記憶する。

プロセッサ２３は、制御部の一例であり、１個または複数個のＣＰＵ(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有する。プロセッサ２３は、論理演算ユニット、数値演算ユニットあるいはグラフィック処理ユニットといった他の演算回路をさらに有していてもよい。プロセッサ２３が複数個のＣＰＵを有する場合、ＣＰＵごとにメモリを有していてもよい。プロセッサ２３は、カメラ２が生成した画像に基づいて、この画像が生成された画像情報取得時刻における車両１０の位置を推定する位置推定処理を実行する。また、プロセッサ２３は、所定の周期で設定される位置決定時刻において、画像情報取得時刻における車両１０の推定位置を用いて、車両１０の位置を推定する位置推定処理を実行する。プロセッサ２３は、車両１０の推定位置と、車両１０の目的地と、車両１０の周囲の他の物体との相対的な位置関係とに基づいて、車両１０の走行動作を制御する。さらに、プロセッサ２３は、車両１０が車線変更を行うことの要否を判定し、車線変更を行うことが必要と判定された場合、この判定が行われた位置から所定の距離以内または判定が行われた時点から所定の時間内に、車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御すると共に、この制御を行っている間、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、この評価値が所定の閾値以上の場合には、車両１０の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する車両制御処理を行う。

図３は、車線変更を含む車両制御処理に関する、ＥＣＵ９のプロセッサ２３の機能ブロック図である。プロセッサ２３は、位置推定部３１と、物体検出部３２と、走行車線計画部３３と、運転計画部３４と、期待度算出部３５と、車両制御部３６とを有する。プロセッサ２３が有するこれらの各部の全てまたは一部は、例えば、プロセッサ２３上で動作するコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、プロセッサ２３が有するこれらの各部の全てまたは一部は、プロセッサ２３に設けられる、専用の演算回路であってもよい。また、プロセッサ２３が有するこれらの各部のうち、走行車線計画部３３と、運転計画部３４と、期待度算出部３５と、車両制御部３６が、車線変更に関する車両制御処理を実行する。

プロセッサ２３の位置推定部３１は、車両１０の周囲の地物に基づいて、車両１０の位置を推定する。位置推定部３１は、カメラ２の画像内に設けられた、車両１０の周囲の地物の一例である車線区画線を検出するための照合領域を、画像内の車線区画線を識別する識別器に入力することで車線区画線を検出する。識別器として、例えば、入力された画像から、その画像に表された車線区画線を検出するように予め学習されたディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）を用いることができる。そして、位置推定部３１は、車両１０の位置及び姿勢を仮定して、地図情報生成装置５から受信した地図情報に表された車線区画線を、今回の画像情報取得時刻に生成されたカメラ２の画像上に投影する。例えば、位置推定部３１は、今回の画像情報取得時刻に測位情報受信機５から受信した測位情報で表される車両１０の位置、及び、直前に得られた車両１０の進行方向に相当する車両１０の姿勢を、車両１０の仮定位置及び仮定姿勢とする。位置推定部３１は、その仮定位置及び仮定姿勢に従って、世界座標系から、カメラ２の位置を原点とし、カメラ２の光軸方向を一つの軸方向とするカメラ座標系への変換式を求める。そのような変換式は、座標系間の回転を表す回転行列と座標系間の平行移動を表す並進ベクトルの組み合わせで表される。そして位置推定部３１は、その変換式に従って、地図情報に含まれる、世界座標系で表された車両１０の周囲の道路上の車線区画線の座標を、カメラ座標系の座標に変換する。そして位置推定部３１は、カメラ２の焦点距離といったカメラ２の内部パラメータに基づいて、カメラ座標系で表された車両１０の周囲の車線区画線を、今回の画像情報取得時刻に生成されたカメラ２の画像上に投影する。そして、位置推定部３１は、カメラ２の画像から検出した車線区画線と、地図に表された車両１０の周囲の車線区画線との一致度合を算出する。位置推定部３１は、仮定位置及び仮定姿勢を所定量ずつ変化させながら、上記と同様の座標系変換、投影及び一致度合算出の各処理を実行することで、複数の仮定位置及び仮定姿勢のそれぞれについて、地図情報に表された車両１０の周囲の車線区画線と画像から検出された車線区画線との一致度合を算出する。そして位置推定部３１は、一致度合が最大となるときの仮定位置及び仮定姿勢を特定して、その仮定位置を車両１０の推定位置とし、その仮定姿勢に基づいて車両１０の進行方向を表す推定方位角を求める。

また、位置推定部３１は、カメラ２が画像を生成する画像情報取得時刻の周期よりも短い周期で設定される位置決定時刻において、この位置決定時刻の直前の画像情報取得時刻に推定された車両１０の推定位置及び推定方位角と、この画像情報取得時刻と位置決定時刻との間の車両１０の移動量及び移動方向とに基づいて、位置決定時刻における車両１０の推定位置および車両１０の推定方位角を推定する。位置推定部３１は、車両１０の車両速度を積分して、画像情報取得時刻と位置決定時刻との間の車両１０の移動量を求め、車両１０のヨーレートを積分して、画像情報取得時刻と位置決定時刻との間の車両１０の移動方向を求める。位置推定部３１は、地図情報と、車両１０の推定位置および推定方位角とに基づいて、車両１０が位置する道路上の走行車線を推定する。例えば、位置推定部３１は、車両１０の水平方向の中心位置を挟むように位置する互いに隣接する二つの車線区画線で特定される車線を車両１０が走行していると判定する。位置推定部３１は、位置決定時刻における車両１０の推定位置、推定方位角、および走行車線を求めるたびに、これらの情報を、物体検出部３２、走行車線計画部３３、運転計画部３４および車両制御部３５へ通知する。

プロセッサ２３の物体検出部３２は、カメラ２が生成した画像に基づいて、車両１０の周囲の他の物体およびその種類を検出する。他の物体には、車両１０の周囲を走行する他の車両が含まれる。物体検出部３２は、例えば、カメラ２が生成した画像を識別器に入力することで画像に表された物体を検出する。識別器として、例えば、入力された画像から、その画像に表された物体を検出するように予め学習されたディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）を用いることができる。物体検出部３２は、ＤＮＮ以外の識別器を用いてもよい。例えば、物体検出部３２は、識別器として、画像上に設定されるウィンドウから算出される特徴量（例えば、Histograms of Oriented Gradients, ＨＯＧ）を入力として、そのウィンドウに検出対象となる物体が表される確信度を出力するように予め学習されたサポートベクトルマシン（ＳＶＭ）を用いてもよい。あるいはまた、物体検出部３２は、検出対象となる物体が表されたテンプレートと画像との間でテンプレートマッチングを行うことで、物体領域を検出してもよい。また、物体検出部３２は、ライダセンサ３ａ〜３ｄが出力する反射波情報に基づいて、車両１０の周囲の他の物体との距離を表す距離画像を生成し、この距離画像に基づいて、車両１０の周囲の他の物体を検出してもよい。また、物体検出部３２は、カメラ２が生成した画像内の他の物体の位置に基づいて、車両１０に対する他の物体の方位を求め、この方位と距離画像とに基づいて、この他の物体と車両１０との間の距離を求めてもよい。物体検出部３２は、車両１０の現在位置と、車両１０に対する他の物体までの距離及び方位に基づいて、例えば世界座標系で表された、他の物体の位置を推定する。また、物体検出部３２は、オプティカルフローに基づく追跡処理に従って、カメラ２が生成した最新の画像から検出された他の物体を過去の画像から検出された物体と対応付けることで、最新の画像から検出された他の物体を追跡してもよい。そして、物体検出部３２は、過去の画像から最新の画像における物体の世界座標系で表された位置に基づいて、他の物体の軌跡を求めてもよい。物体検出部３２は、時間経過に伴う他の物体の位置の変化に基づいて、車両１０に対するその物体の速度を推定する。また、物体検出部３２は、時間経過に伴う他の物体の速度の変化に基づいて、他の物体の加速度を推定する。物体検出部３２は、地図情報に表された車線区画線と、他の物体位置とに基づいて、他の物体が走行している走行車線を特定する。例えば、物体検出部３２は、他の物体の水平方向の中心位置を挟むように位置する互いに隣接する二つの車線区画線で特定される車線を他の物体が走行していると判定する。物体検出部３２は、検出された他の物体の種類（例えば、車両）を示す情報と、その位置を示す情報、速度、加速度および走行車線を、運転計画部３４へ通知する。

プロセッサ２３の走行車線計画部３３は、車線変更要否判定部の一例であり、所定の周期で設定される走行車線計画生成時刻において、走行予定経路から選択された直近の運転区間（例えば、１０ｋｍ）において、地図情報と、車両１０の目的地に向かう走行予定経路と、車両１０の現在位置とに基づいて、車両１０が走行する道路内の車線を選択して、車両１０が走行する走行予定車線を表す走行車線計画を生成する。また、走行車線計画部３３は、走行予定経路から選択された直近の運転区間において、地図情報と、走行予定経路と、車両１０の現在位置とに基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する。また、走行車線計画部３３は、車線変更の要否の判定に、周辺環境情報または車両状態情報をさらに利用してもよい。周辺環境情報は、車両の１０の周囲を走行する他の車両の位置および速度などを含む。車両状態情報は、車両１０の現在位置、車両速度、加速度および進行方向などを含む。走行車線計画部３３は、走行予定経路の所定の区間内において車線変更の要否を判定して、車線変更の有無と、車線変更を含む場合には移動前の車線および移動後の車線を含む走行車線計画を生成する。走行車線計画部３３は、走行車線計画を生成するたびに、この走行車線計画を運転計画部３４へ通知する。具体的には、走行車線計画部３３は、所定の周期で設定される走行車線計画生成時刻において、ナビゲーション装置８から通知された走行予定経路から直近の運転区間を選択して、この運転区間内における車両１０が走行する道路内の車線を選択して、走行車線計画を生成する。また、走行車線計画部３３は、走行予定経路と車両１０の現在位置とに基づいて、車両１０が右折すること、車両１０が左折すること、車両１０が現在走行している道路から合流先の他の道路へ進入すること（合流）、および、車両１０が現在走行している道路から分岐先の他の道路へ退出すること（分岐）の中の少なくとも１つのイベントが生じるイベント位置の有無を判定する。走行車線計画部３３は、運転区間がイベント位置を含む場合、車線変更を行うことの要否を判定する。具体的には、走行車線計画部３３は、イベント位置におけるイベントを実行するための車線と、車両１０が現在走行中の車線とが同じか否かを判定して、異なる場合、車線変更を行う必要があると判定して、移動前の車線および移動後の車線を含む走行車線計画を生成する。また、走行車線計画部３３は、車両１０が走行している車線と同じ車線上を走行する他の車両が存在しており、かつ、車両１０がそのまま同じ車線を走行すると、車両１０と他の車両とが衝突することが予測される場合、車線変更を行う必要があると判定して、移動前の車線および移動後の車線を含む走行車線計画を生成する。

走行車線計画部３３が走行車線計画を生成する処理の動作例を、図４〜図６を参照しながら、以下に説明する。

図４および図５に示す例では、走行車線計画部３３は、運転区間がイベント位置を含む場合、地図情報と、走行予定経路と、車両１０の現在位置とに基づいて、イベント位置におけるイベントを実行するための車線と、車両１０が現在走行中の車線とが同じか否かを判定する。走行車線計画部３３は、イベント位置におけるイベントを実行するための車線と、車両１０が現在走行中の車線とが異なる場合、車線変更を行う必要があると判定して、車両１０が現在走行中の車線からイベント位置におけるイベントを実行するための車線へ移動することを含む走行車線計画を生成する。

図４に示す例では、車両１０の走行予定経路４０４は、道路４０１上の経路４０４ａと、道路４０１から分岐する道路４０３上の経路４０４ｂとを含む。車両１０の現在位置４００は、経路４０４ａ上にある。経路４０４ｂは、車両１０が将来走行する経路である。現在の運転区間４０５は、車両１０が現在走行している道路４０１から他の道路４０３へ分岐する位置４０６を含む。走行車線計画部３３は、車両１０が現在走行している道路４０１から分岐先の他の道路４０３へ退出する位置４０６を、運転区間４０５内のイベント位置として判定する。車両１０が走行中である道路４０１は、左側車線４０１ａ及び右側車線４０１ｂを有する。走行車線計画部３３には、車両１０の現在位置４００が右側車線４０１上にあることが、位置推定部３１から通知されている。走行車線計画部３３は、運転区間４０５がイベント位置４０６を含むので、車線変更を行うことの要否を判定する。車両１０が現在走行している道路４０１の右側車線４０１ｂから分岐先の道路４０３へイベント位置４０６において退出する際には、車両１０は道路４０１の左側車線４０１ａへ移動しておくことが必要になる。そこで、走行車線計画部３３は、現在の右側車線４０１ｂから左側車線４０１ａへ車線変更を行うことが必要であると判定する。そして、走行車線計画部３３は、運転区間４０５において、車両１０が、イベント位置４０６へ到達するまでに右側車線４０１ｂから左側車線４０１ａへ車線変更することを含む走行車線計画を生成する。

図５に示す例では、車両１０の走行予定経路５０４は、道路５０１上の経路５０４ａと、道路５０１と交差する道路５０３上の経路５０４ｂとを含む。車両１０の現在位置５００は、経路５０４ａ上にある。経路５０４ｂは、車両１０が将来走行する経路である。現在の運転区間５０５は、車両１０が現在走行している道路５０１から他の道路５０３へ右折する位置５０６を含む。走行車線計画部３３は、車両１０が現在走行している道路５０１から他の道路５０３へ右折する位置５０６を、運転区間５０５内のイベント位置として判定する。車両１０は、道路５０１を図中の下側から上側に向かって走行中である。道路５０１は、車両が図中の下側から上側に向かう方向に走行可能な、左側車線５０１ａ、中央車線５０１ｂおよび右側車線５０１ｃを有する。左側車線５０１ａは、交差点において、車両が直進または左折することが可能な車線である。中央車線５０１ｂは、交差点において、車両が直進することが可能な車線である。右側車線５０１ｃは、交差点において、車両が右折することが可能な車線である。走行車線計画部３３には、車両１０の現在位置５００が左側車線５０１ａ上にあることが、位置推定部３１から通知されている。また、道路５０１は、車両が図中の上側から下側に向かう方向に走行可能な左側車線５０１ｅ及び右側車線５０１ｄを有する。走行車線計画部３３は、運転区間５０５がイベント位置５０６を含むので、車線変更を行うことの要否を判定する。車両１０が現在走行している道路５０１の左側車線５０１ａから他の道路５０３へイベント位置５０６において右折する際には、車両１０は道路５０１の右側車線５０１ｃへ移動しておくことが必要になる。そこで、走行車線計画部３３は、現在の左側車線５０１ａから右側車線５０１ｃまで車線変更を行うことが必要であると判定する。そして、走行車線計画部３３は、運転区間５０５において、車両１０が、イベント位置５０６に到達するまでに、左側車線５０１ａから中央車線５０１ｂを経て右側車線５０１ｃへ車線変更することを含む走行車線計画を生成する。

図６に示す例では、走行車線計画部３３は、車両１０が走行している車線と同じ車線上を走行する他の車両が存在する場合、車両１０の現在位置と、他の車両の情報を含む周辺環境情報と、車両状態情報とに基づいて、車両１０と他の車両とが衝突することが予測されるか否かを判定する。走行車線計画部３３は、車両１０と他の物体とが衝突することが予測される場合、車線変更を行う必要があると判定して、移動前の車線および移動後の車線を含む走行車線計画を生成する。

図６に示す例では、車両１０の走行予定経路６０４は、道路６０１上において、車両１０の現在位置６００から道路６０１を直進する経路を含む。車両１０の現在位置６００は、道路６０１上にある。走行車線計画部３３は、現在の運転区間６０５において走行予定経路６０４は道路６０１を直進しているので、運転区間６０５がイベント位置を含まないと判定する。車両１０が走行中の道路６０１は、左側車線６０１ａと、右側車線６０１ｂとを有する。走行車線計画部３３には、車両１０の現在位置６００が左側車線６０１ａ上にあることが、位置推定部３１から通知されている。走行車線計画部３３は、物体検出部３２から車両１０の周辺に他の車両が検出されていることを通知されると、車両１０の走行車線と、他の車両の走行車線とが、同一であるか否かを判定する。走行車線が同一である場合、走行車線計画部３３は、他の車両の位置が、車両１０の現在位置６００に対して、進行方向の前方に位置するのか、または、後方に位置するのかを判定する。走行車線計画部３３は、車両１０の位置６００および車両速度と、他の車両の位置および速度とに基づいて、現在の時点から所定の時間内に、車両１０が前方に位置する他の車両と衝突する可能性があるか否か、または、後方に位置する他の車両が車両１０と衝突する可能性があるか否かを判定する。例えば、走行車線計画部３３は、現在の時点から所定の時間内に、車両１０と他の車両との間の距離が所定の距離（例えば、２ｍ）以内になると推定した場合、車両１０と他の車両とが衝突する可能性があると判定する。車両１０が前方に位置する他の車両と衝突する可能性がある場合、走行車線計画部３３は、車両１０が前方に位置する他の車両と衝突する前に、他の車両を追い越すための車線変更を行う必要があると判定する。また、後方に位置する他の車両が車両１０と衝突する可能性がある場合、走行車線計画部３３は、後方に位置する他の車両が車両１０と衝突する前に、車線変更を行う必要があると判定する。ここでは、図６に示すように、他の車両６１０の位置が前方に位置するので、走行車線計画部３３は、車両１０が他の車両６１０を追い越すための車線変更を行う必要があると判定したとする。車線変更を行う必要があると判定した場合、走行車線計画部３３は、車両１０は車線変更を行うことが可能か否かを判定する。走行車線計画部３３は、道路６０１は車両１０が走行する左側車線６０１ａと隣接する右側車線６０１ｂを有するので、車両１０は車線変更を行うことが可能であると判定する。そして、走行車線計画部３３は、運転区間６０５において、車両１０が、前方に位置する他の車両６１０と衝突する前に、左側車線６０１ａから右側車線６０１ｂへ車線変更すること、右側車線６０１ｂを走行して他の車両６１０の横を通過すること、他の車両６１０の横を通過した後に右側車線６０１ｂから左側車線６０１ａへ車線変更することを含む走行車線計画を生成する。一方、走行車線計画部３３は、車両１０が他の車両６１０と衝突する可能性がないと判定した場合、他の車両を追い越すための車線変更を行う必要はないと判定する。また、走行車線計画部３３は、道路６０１は車両１０が走行可能な車線を一つのみを有する場合、車線変更を行うことが可能ではないと判定する。これらの場合、走行車線計画部３３は、車線変更を含まない走行車線計画を生成する。

走行車線計画部３３は、車線変更を含む走行車線計画を生成した場合、車両１０が自動制御で車線変更を行うことを中止する車線変更中止位置を車両１０が現在走行中の走行車線上に決定する。具体的には、走行車線計画部３３は、制御変更要求を通知されたドライバが車両１０を手動制御で操作してイベント位置に到達するまでの間に走行車線計画にそった車線変更を実行可能となるように、車線変更中止位置を車両１０が現在走行中の車線上に決定する。例えば、走行車線計画部３３は、車線変更中止位置とイベント位置との間の距離を、車両１０が車線変更中止位置とイベント位置との間を現在の車両１０の車両速度で走行した場合、走行時間が４秒以上となる距離に決定してもよい。また、走行車線計画部３３は、車線変更中止位置を、車両１０の現在位置から所定の距離（例えば、５００ｍ）だけ前方の位置に決定してもよい。

また、走行車線計画部３３は、車線変更を行うことの判定が行われた位置から所定の距離（車線変更完了予定距離）以内またはこの判定が行われた時点から所定の時間（車線変更完了予定時間）内に、車両１０の走行動作を制御する車両制御部３６を用いて車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御する。運転計画部３４は、走行車線計画部３３が生成した走行車線計画に基づいて運転計画を生成し、車両制御部３６は、この運転計画に基づいて、車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御する。

走行車線計画部３３は、上述した車線変更完了予定距離を、車線変更中止位置と、車両１０の現在位置とに基づいて決定してもよい。例えば、走行車線計画部３３は、車線変更完了予定距離を、車両１０の現在位置と車線変更中止位置との間の距離として決定する。走行車線計画部３３は、車線変更中止位置および車線変更完了予定距離を、走行車線計画と共に、運転計画部３４へ通知する。

運転計画部３４は、車線変更計画部の一例であり、所定の周期で設定される運転計画生成時刻において、地図情報と、走行車線計画と、車両１０の現在位置と、周辺環境情報と、車両状態情報とに基づいて、所定の時間（例えば、５秒）先までの車両１０の予定走行軌跡を表す運転計画を生成する。運転計画は、現時刻から所定時間先までの各時刻における、車両１０の目標位置およびこの目標位置における目標車両速度の集合として表される。運転計画生成時刻の周期は、走行車線計画生成時刻の周期よりも短いことが好ましい。運転計画部３４は、目標車両速度を、ドライバから入力された走行速度または走行している車線の法定速度に基づいて決定してもよい。運転計画部３４は、カルマンフィルタなどの予測フィルタを用いて、検出された他の車両の直近の軌跡に基づいての将来の軌跡を推定し、検出された他の車両が走行中の車線及び推定された軌跡より算出された相対距離に基づいて、他の車両と車両１０とが異なる車線を走行するか、あるいは、車両１０から他の物体までの相対距離が所定距離以上となるように、車両１０の運転計画を生成する。運転計画部３４は、走行車線計画に基づいて、複数の運転計画を生成してもよい。この場合、運転計画部３４は、複数の運転計画のうち、車両１０の加速度の絶対値の総和が最小となる運転計画を選択してもよい。運転計画部３４は、運転計画を車両制御部３６へ通知する。

運転計画部３４は、走行車線計画が車線変更を含む場合、車線変更後の移動先の目標位置を移動先の車線上に決定して、車両１０が車線間を移動する車線変更を含む運転計画を生成するのと共に、車線変更を含まない運転計画を生成する。運転計画部３４は、車線変更後の移動先の目標位置と、車線変更完了予定距離と、車線変更中止位置と、車両１０の現在位置と、周辺環境情報と、車両状態情報とを含む、車線変更が成功する期待度を算出するための期待度算出情報を期待度算出部３５へ通知する。運転計画部３４は、期待度算出部３５から通知された期待度が所定の閾値（例えば、０．７〜０．９）未満の場合、車線変更を含まない運転計画を車両制御部３６へ通知する。この場合、車両１０は、現在走行中の車線を走行し続ける。一方、運転計画部３４は、期待度算出部３５から通知された期待度が所定の閾値（例えば、０．７〜０．９）以上となった場合、車線変更を含む運転計画を車両制御部３６へ通知する。この場合、車両１０は、現在走行中の車線から移動先の車線上への車線変更を開始する。期待度算出部３５が期待度を算出する処理については後述する。

例えば、運転計画部３４は、走行車線計画が車線変更を含む場合、車両１０が、移動先の車線を走行している他の車両と並走しないように、車線変更を含まない運転計画を生成し、また、車両１０が移動元の車線の中心線から移動先の車線の中心線へ移動し、かつ、相対距離が所定距離以上となるように、車線変更を含む運転計画を生成する。

運転計画部３４は、車両１０が車線変更を行う走行動作を開始した後、車両１０と他の車両との間に所定の距離を確保できないことにより車線変更を完了できなくなった場合か、または、期待度算出部３５から所定の閾値未満の期待度を通知された場合、車線変更を中止する。運転計画部３４は、上述したように、車線変更を含まない運転計画と、車線変更を含む運転計画とを生成することを繰り返す。そして、運転計画部３４は、車両１０の走行距離が車線変更完了予定距離以内であるか、または、時刻が車線変更完了予定時間以内である場合、期待度算出部３５から通知された期待度が所定の閾値（例えば、０．７〜０．９）以上となると、車線変更を含む運転計画を車両制御部３６へ通知して、車両１０は、再度、車線変更を開始する。

以下、走行車線計画部３３が生成した走行車線計画に基づいて、運転計画部３４が、車線変更を行うことの判定が行われた位置から車線変更完了予定距離以内に、車両制御部３６を用いて車線変更を行うように、車線変更を含む運転計画を生成する例について、以下に説明する。

まず、運転計画部３４は、車線変更後の移動先の目標位置を、移動先の車線上に決定する。運転計画部３４は、カルマンフィルタなどの予測フィルタを用いて、移動先の車線上を走行する他の車両の直近の軌跡に基づいて、移動先の車線上を走行する他の車両の将来の軌跡を推定し、前方および後方の車両との間に安全な距離が確保されるように移動先となるスペースを選択して、このスペース内に移動するように、かつ、車両１０の動作が所定の制約を満たすように、１つ以上の車線変更を含む運転計画を生成する。所定の制約としては、単位時間あたりの加速度変化量、単位時間あたりの速度変化量、または、単位時間あたりのヨーレート変化量が、上限値以下となることが挙げられる。運転計画部３４は、複数の車線変更を含む運転計画を生成した場合、前方および後方の車両との間の距離が最も確保される運転計画を選択してもよい。

運転計画部３４は、走行車線計画が車線変更を含む場合、上述した運転計画を生成すると共に、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求める。運転計画部３４は、この評価値が所定の閾値以上の場合には、車両１０の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する。運転計画部３４は、車両１０が車線変更を開始した後、車両１０と他の車両との間に所定の距離を確保できないことにより車線変更を完了できなくなった場合か、または、期待度算出部３５から所定の閾値未満の期待度を通知された場合、車線変更を中止する。運転計画部３４は、車線変更を中止した場合、車線変更が不成功であると判定して、不成功回数を評価値としてカウントする。例えば、車線変更を２度中止した場合、評価値は２となる。運転計画部３４は、車線変更が不成功であると判定した後も、車両１０が車線変更中止位置に到達するまでの間は、新たに車線変更を含む運転計画を生成することを続ける。しかし、運転計画部３４は、評価値が所定の閾値（例えば、２〜４）以上となった場合、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する。評価値の閾値は、車両１０が車線変更完了予定距離を走行して車線変更中止位置に到達するよりも前に、評価値が閾値に到達するように決定されることが、制御変更要求を余裕をもってドライバへ通知する観点から好ましい。また、運転計画部３４は、評価値の値には関わらず、車両１０が車線変更中止位置に到達した場合、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する。ＧＵＩ６は、自動制御で車線変更ができないこと、および、制御変更要求を表示する。また、ＧＵＩ６は、制御変更要求に対するドライバの回答を入力して、車内ネットワーク１１を介してＥＣＵ９へ出力する。運転計画部３４は、ドライバが制御変更要求を承認した場合、車両１０の運転を、適用中の自動制御運転モードから手動制御運転モードへ切り替える。手動制御運転モードでは、少なくとも操舵が手動で制御されることが好ましい。また、手動制御運転モードでは、操舵、加速および制動が手動で制御されるようにしてもよい。制御変更要求を承認したドライバは、手動制御運転モードで、通知された車線変更を行うように、車両１０を操作する。一方、運転計画部３４は、ドライバが制御変更要求を承認しなかった場合、自動制御運転モードで車両１０の運転を続ける。

以下、図７を参照して、運転計画部３４が車線変更を含む運転計画を生成する処理を説明する。図７に示すように、車両１０は、道路７０１を走行している。道路７０１は、左側車線７０１ａおよび右側車線７０１ｂを有する。車両１０は、左側車線７０１ａ上を走行している。走行車線計画は、車両１０が、車線変更中止位置７０３に到達するまでに、左側車線７０１ａから右側車線７０１ｂへ車線変更することを含んでいる。車線変更中止位置７０３は、車両１０が走行する車線７０１ａ上において、車両１０の現在位置７００に対して進行方向の前方の位置に決定されている。また、車線変更完了予定距離Ｄは、車両１０の現在位置７００と車線変更中止位置７０３との間の距離として決定されている。運転計画部３４は、走行車線計画と、車両１０の現在位置７００と、他の車両の情報を含む周辺環境情報とに基づいて、車線変更後の移動先の目標位置を決定する。運転計画部３４は、物体検出部３２から通知されている他の車両の情報を含む周辺環境情報に基づいて、移動先の右側車線７０１ｂ上には、他の車両７１０と、他の車両７１１と、他の車両７１２とが順番に走行していることが通知される。他の車両７１０の進行方向側にスペースＳ１があり、他の車両７１０と他の車両７１１との間にスペースＳ２があり、他の車両７１１と他の車両７１２との間にスペースＳ３がある。運転計画部３４は、カルマンフィルタなどの予測フィルタを用いて、移動先の右側車線７０１ｂ上を走行する他の車両７１０、７１１，７１２の直近の軌跡に基づいて、移動先の右側車線７０１ｂ上を走行する他の車両７１０、７１１、７１２の将来の軌跡を推定して、車両１０が移動可能な大きさを有し、かつ、前方および後方の車両との間に安全な距離が確保されるように、移動先となるスペースを選択して、このスペース内に移動するように、かつ、車両１０の動作が所定の制約を満たすように、１つ以上の車線変更を含む運転計画を生成する。運転計画部３４は、前方および後方の車両との間の距離が最も確保される運転計画として、他の車両７１０と他の車両７１１との間のスペースＳ２内の目標位置へ移動する車線変更を含む運転計画を生成する。

次に、期待度算出部３５が、車線変更が成功する期待度を算出する処理について、以下に説明する。期待度算出部３５は、運転計画部３４から期待度算出情報が通知されると、所定の周期で設定される期待度算出時刻において、運転計画と、車両１０の現在位置と、他の車両の情報を含む周辺環境情報と、車両状態情報とに基づいて、車線変更が成功する期待度Ｅ（ｔ）を算出する。期待度算出時刻の周期は、運転計画生成時刻の周期よりも短いことが好ましい。期待度算出部３５は、車線変更が成功する期待度Ｅ（ｔ）を、下記式（１）に示すように、車両１０の位置に基づいて算出される第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））と、移動先の位置の後方車両（図７の他の車両７１１に対応）に基づいて算出される第２車線変更成功度Ｑ２（ｂｔｈ）と、移動先の位置の前方車両（図７の他の車両７１０に対応）に基づいて算出される第３車線変更成功度Ｑ３との積として求める。期待度算出部３５は、期待度Ｅ（ｔ）を求めるたびに、この期待度Ｅ（ｔ）を運転計画部３４へ通知する。

Ｅ（ｔ）＝Ｑ１（Ｄ（ｔ））×Ｑ２（ｂｔｈ）×Ｑ３ （１）

図８は、車両１０の位置に基づいて算出される第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））を説明する図である。期待度算出部３５は、第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））を、車両１０の位置と車線変更中止位置との間の距離Ｄ（ｔ）に基づいて決定する。第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））は、車両１０が車線変更中止位置に近づく程低減して、車両１０が車線変更中止位置に到達するとゼロになる。一方、第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））は、車両１０が車線変更中止位置から遠ざかる程増加する。例えば、第１車線変更成功度Ｑ１（Ｄ（ｔ））として、シグモイド関数を用いることができる。

期待度算出部３５は、時刻ｔにおける車両１０の位置Ｋ（ｔ）を、下記式（２）を用いて求める。

ここで、Ｋ（ｔ０）は、運転計画部３４が、一回あたりの車線変更の試みに許容される車線変更試行時間のカウントを開始した時刻ｔ０における車両１０の位置である。ｖ（ｔ）は、時刻ｔにおける車両１０の車両速度である。ａ（ｔ）は、時刻ｔにおける車両１０の加速度である。車両の速度を増加する場合加速度の値を正として、車両の速度を減少する場合、加速度の値を負とする。Ｋ（ｔ）は、例えば、世界座標系で表される位置ベクトルである。ｖ（ｔ）およびａ（ｔ）は、ベクトル量で表される。車両の速度を減少することは、実際には制動を用いて行うことになるが、制動による速度変化を、加速度を用いて表す。

期待度算出部３５は、車両１０の位置と車線変更中止位置との間の距離Ｄ（ｔ）を、下記式（３）を用いて求める。

Ｄ（ｔ）＝｜Ｓ-Ｋ（ｔ）｜ （３）

ここで、Ｓは、車両１０が走行する車線上の車線変更中止位置を表しており、例えば、世界座標系で表される位置ベクトルである。

移動先のスペースＳ２の後方車両に基づいて算出される第２車線変更成功度Ｑ２は、車両１０がスペースＳ２の後方車両を追い越してスペースＳ２へ移動する確率である。期待度算出部３５は、第２車線変更成功度Ｑ２を、下記式（４）を用いて求める。

ここで、ＰＢ（ｂ）は、後方車両が加速度ｂの状態にある確率分布関数を表す。ｂｔｈは、車両１０が後方車両を追い越し可能となる加速度を表す。第２車線変更成功度Ｑ２は、加速度ｂの−∞から∞の区間の積分で１となるように規格化されている。

期待度算出部３５は、ＰＢ（ｂ）として、例えば、運転計画部３４が直近の一定期間中に求めた後方車両の加速度の経時変化に基づいて、加速度の平均値および加速度の分散を求めて、ガウス分布関数を生成する。また、期待度算出部３５は、ＰＢ（ｂ）として、運転計画部３４が求めた後方車両の加速度に基づいて、多変量解析を用いて多項式近似式を求めてもてもよい。また、期待度算出部３５は、ＰＢとして、運転計画部３４が直近の一定期間中に求めた後方車両の加速度ｂの経時変化および後方車両と後方車両の前方に位置する前方車両との間の距離ｃの経時変化に基づいて、ガウス分布関数または多変量解析を用いて、ＰＢ（ｂ、ｃ）を表す関数を求めてもよい。さらに、期待度算出部３５は、ＰＢとして、運転計画部３４が直近の一定期間中に求めた、後方車両の加速度ｂの経時変化と、後方車両と後方車両の前方に位置する前方車両との間の距離ｃの経時変化と、前方車両の車両速度ｄの経時変化とに基づいて、ガウス分布関数または多変量解析を用いて、ＰＢ（ｂ、ｃ，ｄ）を表す関数を求めてもよい。

また、期待度算出部３５は、ｂｔｈを、以下のように求めることができる。まず、期待度算出部３５は、車両１０が移動するスペースＳ２内の移動目標位置を、移動先の車線７０１ｂ上に決定して、この移動目標位置と車両１０の間の距離Ｓを求める。移動目標位置は、車線変更中止位置よりも手前の位置であり、この移動目標位置の初期値として、例えば、車両１０の現在位置に対して、所定の距離だけ（例えば、３０ｍ）前方の位置とすることができる。車両１０は、時間Ｔ後に後方車両に追いつくとする。期待度算出部３５は、距離Ｓと、時間Ｔと、後方車両の加速度ｂ（定数とする）と、車両１０の加速度ａ（ａは、ｂよりも大きな定数とする）とを用いて、下記の式（５）を満たす車両１０の加速度ａを求める。期待度算出部３５は、後方車両の加速度ｂとして、後方車両の加速度の確率分布関数ＰＢ（ｂ）の平均値を用いることができる。時間Ｔの初期値として、例えば、１０秒とすることができる。

期待度算出部３５は、移動目標位置を固定した状態で、時間Ｔを所定量ずつ増加するように変化させながら、上記式（５）を満たす車両１０の加速度ａを求める。期待度算出部３５は、求められた車両１０の加速度ａが、所定のしきい値以下であれば、この加速度ａをｂｔｈとする。所定のしきい値として、ドライバに不快感を与えない程度の加速度であることが好ましく、例えば、０．１〜０．３ｍ／ｓ^２とすることができる。期待度算出部３５は、移動目標位置を固定した状態で、所定のしきい値以下の加速度ａが求まらない場合には、移動目標位置を所定量だけ増加した後、時間Ｔを所定量ずつ変化させながら、上記式（５）を満たす車両１０の加速度ａを求める処理を繰り返す。期待度算出部３５は、移動目標位置が車線変更中止位置よりも手前の位置で、所定のしきい値以下の加速度ａが求められない場合、第２車線変更成功度Ｑ２をゼロとする。

移動先の位置の前方車両に基づいて算出された第３車線変更成功度Ｑ３は、前方車両が加速して、スペースＳ２が拡大する確率を表す。期待度算出部３５は、第３車線変更成功度Ｑ３を、下記式（６）を用いて求める。

ここで、確率分布関数ＰＣ（ｃ）は、前方車両が加速度ｃの状態にある確率分布関数を表す。第３車線変更成功度Ｑ３は、加速度ｃが−∞から∞の区間の積分で１となるように規格化されている。

期待度算出部３５は、例えば、確率分布関数ＰＣ（ｃ）を、上述した確率分布関数ＰＣ（ｂ）と同様に求めることができる。

ここで、車両１０の周辺の右側車線７０１ｂ上に他の車両が存在しない場合、第２車線変更成功度Ｑ２および第３車線変更成功度Ｑ３は、共に１に近い値となるので、期待度Ｅは、第１車線変更成功度Ｑ１によりほぼ決定される。

車両制御部３６は、位置決定時刻における車両１０の位置と、車両速度及びヨーレートと、通知された運転計画（車線変更計画を含む）とに基づいて、車両１０が走行予定経路に沿って走行するように車両１０の各部を制御する。例えば、車両制御部３６は、通知された運転計画、および、車両１０の現在の車両速度及びヨーレートに従って、車両１０の操舵角、加速度および角加速度を求め、その操舵角、加速度および角加速度となるように、操舵量、アクセル開度またはブレーキ量を設定する。そして車両制御部３６は、設定された操舵量に応じた制御信号を、車両１０の操舵輪を制御するアクチュエータ（図示せず）へ出力する。また、車両制御部３６は、設定されたアクセル開度に従って燃料噴射量を求め、その燃料噴射量に応じた制御信号を車両１０のエンジンの燃料噴射装置（図示せず）へ出力する。あるいは、車両制御部３６は、設定されたブレーキ量に応じた制御信号を車両１０のブレーキ（図示せず）へ出力する。

車両制御部３６は、運転計画が車線変更するための目標軌跡および目標車両速度の集合を含む場合、車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御する。

図９は、プロセッサ２３により実行される、車線変更を含む車両制御処理の動作フローチャートである。なお、以下に示される動作フローチャートにおいて、ステップＳ９０４〜Ｓ９０７の処理が車線変更を行うことが必要と判定された場合の車両制御処理に対応する。

まず、ナビゲーション装置８は、ナビゲーション用地図情報と、車両１０の目的地と、車両１０の現在位置とに基づいて、車両１０の現在位置から目的地までの走行予定経路を生成する（ステップＳ９０１）。

次に、プロセッサ２３の位置推定部３１は、位置決定時刻ごとに車両１０の推定位置および推定方位角を求める（ステップＳ９０２）。

次に、プロセッサ２３の物体検出部３２は、カメラ２により生成された画像および距離画像に基づいて、車両１０の周囲の他の物体を検出する（ステップＳ９０３）。

次に、プロセッサ２３の走行車線計画部３３は、走行予定経路の運転区間において、車両１０が走行する道路内の車線を選択して、走行車線計画を生成する。また、走行車線計画部３３は、走行予定経路の運転区間において、地図情報と、走行予定経路と、車両１０の現在位置と、周辺環境情報と、車両状態情報とに基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する。走行車線計画部３３は、車線変更を必要と判定した場合、この車線変更を行うことを含むように走行車線計画を生成する（ステップＳ９０４）。

次に、プロセッサ２３の運転計画部３４は、走行車線計画と、車両１０の現在位置と、周辺環境情報と、車両状態情報とに基づいて、所定の区間内において車両１０が走行する車線を定める運転計画を生成する（ステップＳ９０５）。運転計画部３４は、車線変更を行うことが必要と判定された場合、車線変更を含む運転計画を生成する。

次に、プロセッサ２３の運転計画部３４は、車線変更を行うことが必要と判定された場合、判定が行われた位置から所定の距離以内に、車両１０の走行動作を制御する車両制御部を用いて車線変更を行うように車両１０の走行動作を制御すると共に、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、この評価値が所定の閾値以上の場合には、車両１０の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求を、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知する（ステップＳ９０６）。

以上に説明してきたように、この車両制御装置は、車線変更を行うことが必要と判定した場合、所定の距離以内または所定の時間内に、車線変更を試みるように車両の動作を制御する。車両制御装置は、車線変更ができないと判定した場合、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、通知部を介してドライバへ通知する。これにより、ドライバは、車両が自動制御で車線変更ができないことを把握できる。ドライバは、必要に応じて、手動制御で車両を操作して予定されていた車線変更を行うことができる。また、車両制御装置は、所定の距離以内または所定の時間内に車線変更ができないと判定するので、ドライバは、余裕を持って手動制御で車両を操作して車線変更が行えるように、車両制御装置からの通知を受け取ることができる。

次に、上述した実施形態の変型例を、以下に説明する。本変型例では、プロセッサ２３の走行車線計画部３３が生成した走行車線計画に基づいて、運転計画部３４が、車線変更を行うことが必要と判定が行われた位置から車線変更完了予定時間（所定の時間）内に、車両制御部３６を用いて車線変更を行うように、車線変更を含む運転計画を生成する。

まず、走行車線計画部３３は、車両１０が自動制御で車線変更を行うことを中止する車線変更中止位置を車両１０が走行する車線上に決定する。

走行車線計画部３３は、車線変更完了予定時間を、車線変更中止位置と、車両１０の現在位置と車両１０の車両速度とに基づいて決定してもよい。例えば、走行車線計画部３３は、車線変更完了予定時間を、車両１０の現在位置と車線変更中止位置との間の距離を車両１０の車両速度で割った値としてもよい。走行車線計画部３３は、車両１０の車両速度を、直近の所定の時間（例えば、１秒〜３秒）の平均速度として求めてもよい。

運転計画部３４は、車線変更を行うことが必要と判定された時点からの経過した時間を評価値として求めて、この経過した時間が車線変更完了予定時間を超えた場合、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する制御変更要求を、ＧＵＩ６を介してユーザへ通知する。

また、プロセッサ２３の走行車線計画部３３は、車線変更を行う必要があると判定した場合、車線変更を行う予定であることを、ＧＵＩ６を介してドライバへ通知してもよい。例えば、走行車線計画部３３は、上述した図４〜図６に示す車線変更を含む走行車線計画を、ＧＵＩ６に表示することにより、車線変更を行う予定であることをドライバへ通知する。これにより、ドライバは、車両１０の将来の経路に関する情報として、車両１０が現在走行している道路から分岐先の他の道路へ退出するために車線変更を行う予定であること（図４の例）、車両１０が右折するために車線変更を行う予定であること（図５の例）、または、車両１０が他の車両を追い越すために車線変更を行う予定であること（図６の例）などを把握できる。なお、走行車線計画部３３は、スピーカ（図示しない）などの音響出力装置（通知部の一例である）を用いて、車線変更を行う予定であることを音声によりドライバへ通知してもよい。

また、プロセッサ２３の走行車線計画部３３は、車線変更を行う予定であることをドライバへ通知するのと共に、車線変更を行うことを承認するか否かについて、ＧＵＩ６に表示してドライバへ尋ねてもよい。走行車線計画部３３は、ドライバがＧＵＩ６を操作することにより、ドライバの回答を入力する。走行車線計画部３３は、ドライバが車線変更を行うこと承認した場合、車線変更を含む走行車線計画を生成し、ドライバが車線変更を行うこと承認しない場合、車線変更を含まない走行車線計画を生成する。

本発明では、上述した実施形態の車両制御装置は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、車線変更完了予定距離が、車両の位置と車線変更中止位置とに基づいて求められていたが、この車線変更完了予定距離の求め方は、特に制限されない。また、車線変更完了予定時間が、車線変更中止位置と、車両の位置と車両の車両速度とに基づいて求められていたが、この車線変更完了予定時間の求め方は、特に制限されない。

また、車線変更が成功する期待度を算出する方法は、上述した実施形態に限定されない。例えば、期待度算出部は、期待度を算出するために、移動先の車線の直近（例えば、数分間）の平均車間距離をさらに用いてもよい。また、期待度算出部は、期待度を算出するために、移動先の車線を走行する他の車両の直近（例えば、数分間）の速度分布と、車両速度との関係をさらに用いてもよい。

１ 車両制御システム
２ カメラ
３ａ〜３ｄ ライダセンサ
４ 測位情報受信機
４ａ 測位情報受信部
４ｂ プロセッサ
５ 地図情報記憶装置
６ グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）
７ 操作装置
８ ナビゲーション装置
８ａ メモリ
８ｂ プロセッサ
９ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１０ 車両
１１ 車内ネットワーク
２１ 通信インターフェース
２２ メモリ
２３ プロセッサ
３１ 位置推定部
３２ 物体検出部
３３ 走行車線計画部
３４ 運転計画部
３５ 期待度算出部
３６ 車両制御部

Claims (1)

1. 地図データと、車両の目的地に向かう走行予定経路と、前記車両の現在位置とに基づいて、車線変更を行うことの要否を判定する車線変更要否判定部と、
   車線変更を行うことが必要と判定された場合、当該判定が行われた位置から所定の距離以内または当該判定が行われた時点から所定の時間内に、車両の動作を制御する車両制御部を用いて車線変更を行うように前記車両の動作を制御すると共に、車線変更が実施可能でないことの程度を示す評価値を求め、当該評価値が所定の閾値以上の場合には、車両の制御を自動制御から手動制御へ変更する要求を、通知部を介してドライバへ通知する車線変更計画部と、
   を有する車両制御装置。

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