JP6358179B2

JP6358179B2 - 車両の自動運転システム

Info

Publication number: JP6358179B2
Application number: JP2015142104A
Authority: JP
Inventors: 賢一小橋; 雄介伯耆
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: JP2017026340A

Description

本発明は車両の自動運転システムに関する。

機関排気通路内にＮＯ_Ｘ選択還元触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水を供給することにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを還元するようした場合、尿素水タンク内の尿素水の残量が少なくなったときには、速やかに、尿素ステーションにおいて尿素水を補充することが必要となる。しかしながら実際には、尿素ステーションまでの距離が長い等の理由により、このとき、速やかに、尿素水を補充することができない場合がある。このような場合には、尿素水を補充するまでＮＯ_Ｘを浄化し続けることができるように、少量の尿素水でもってＮＯ_Ｘを還元し続けることが必要となる。そのためには、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させ続けることが必要となる。そこで、尿素水タンク内の尿素水の残量が少なくなったときには、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させ続けるためにアクセル開度に制限を加えて機関出力に制限を加えるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特開２００７−２５５３６７号公報

しかしながら、アクセル開度が大きくても、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量が少なく、従って少量の尿素水でもってＮＯ_Ｘを還元できる場合もある。従って、特許文献１に記載の内燃機関におけるように、尿素水タンク内の尿素水量が少なくなったからといって、アクセル開度に制限を加えると、車両の走行性能を過度に抑制してしまうという問題がある。
本発明は，尿素水タンク内の尿素水量が少なくなったときに車両の走行性能を過度に抑制することなく、尿素水の消費量を抑制することのできる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、自車両の周辺情報を検出する外部センサと、地図情報を記憶している記憶装置と、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自車両の周辺情報および記憶装置に記憶された地図情報に基づいて、自車両の速度および進行方向の時間的変化を示す複数の車両走行進路を生成すると共に複数の車両走行進路の中から目標走行進路を決定する走行計画生成部と、
走行計画生成部により決定された目標走行進路に従って車両が走行するように機関の駆動制御を行う走行制御部と、
尿素水タンク内の尿素水量が予め定められた量以下であるか否かを判別する尿素水量判別部と、
機関からの単位時間当たりのＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域を記憶した記憶部とを具備しており、
機関の運転状態が上述の機関の運転領域内でないときに、尿素水量判別部により尿素水タンク内の尿素水量が予め定められた量以下であると判別されたときには、走行計画生成部は走行計画生成部により生成された複数の車両走行進路の中から機関の運転状態が上述の機関の運転領域内に侵入しない車両走行進路を目標走行進路として決定するようにした車両の自動運転システムが提供される。

本発明では、尿素水タンク内の尿素水量が予め定められた量以下であると判別されたときには、ＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域内での機関の運転が行われないように目標走行進路が決定されるので、尿素水の消費量を抑制することができる。また、本発明では、実際にＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域内に限って機関の運転が制限されており、この実際にＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域外であれば、たとえアクセル開度が大きい場合でも機関の運転が行われるので、車両の走行性能が過度に抑制されるのを阻止することができる。

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、走行制御を行うためのフローチャートである。図６Ａ,６Ｂおよび６Ｃ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７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８Ａおよび８Ｂは、エンジン等を示す図である。図９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１０Ａおよび１０Ｂは、夫々機関からの単位時間当たりのＮＯ_Ｘ排出量のマップと、このＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域を示す図である。図１１Ａおよび１１Ｂは、各車両走行進路における機関運転状態の変化を示す図である。図１２は、尿素水量の変化と、機関出力トルク等の変化を示す図である。図１３は、尿素水量の変化と、機関出力トルク等の変化を示す図である。図１４Ａおよび１４Ｂは、各車両走行進路における機関運転状態の変化を示す図である。図１５は、尿素水量の変化と、機関出力トルク等の変化を示す図である。図１６は、尿素水量の変化と、機関出力トルク等の変化を示す図である。図１７は、本発明に係る車両の自動運転システムの構成の機能を説明するためのブロック図である。図１８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１９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１は、本発明に係る車両の自動運転装置の全体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装置は、自車両Ｖ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、記憶装置５と、ナビゲーションシステム６と、ＨＭＩ [Human Machine Interface] ７と、種々のアクチュエータ８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、自車両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ＳＡ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ＳＡによって車両Ｖの前方が撮影される。このカメラＳＡ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自車両Ｖが走行している道路や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ＳＢ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ＳＢ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、道路上および道路周辺の障害物までの距離が計測され、車両Ｖの全周囲における道路および障害物の存在が三次元画像の形で検出される。このライダーＳＢにより検出された道路および障害物の三次元画像はＥＣＵ１０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、それにより自車両Ｖの絶対位置（例えば車両Ｖの緯度及び経度）が検出される。ＧＰＳ受信部２により検出された自車両Ｖの絶対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、自車両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、一般に市販されている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。

図１において、記憶装置５には、ライダーＳＢにより検出された障害物の三次元画像およびライダーＳＢの検出結果に基づき作成された自動運転専用の道路地図が記憶されており、これら障害物の三次元画像および道路地図は常時、或いは定期的に更新される。なお、図１に示される実施例では、記憶装置５には、車両が、予め選択されている走行車線の真ん中を走行せしめられたときの障害物の三次元画像が記憶されている。

図１において、ナビゲーションシステム６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６では、ＧＰＳ受信部２により測定された自車両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、ＨＭＩ７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ＨＭＩ７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。ＨＭＩ７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、電子制御ユニット１０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８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８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燃料噴射量を制御し、それにより自車両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、それにより自車両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、自車両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、走行制御部１５および記憶部１６を有している。なお、図１に示されるように、ＲＯＭおよびＲＡＭが記憶部１６を構成している。

さて、ＧＰＳを用いると、自車両Ｖの絶対位置（緯度及び経度）を認識することができ、従って、本発明による実施例では、自動走行が開始されたときの地図データベース４の地図上における最初の自車両Ｖの絶対位置が、ＧＰＳ受信部２で受信した自車両Ｖの位置情報に基づき、車両位置認識部１１において認識される。しかしながら、ＧＰＳを用いて得られた地図データベース４の道路上における自車両Ｖの位置は、道路上における自車両Ｖの実際の位置に対してかなりずれており、従って、ＧＰＳを用いて得られた自車両Ｖの位置に基づき、自動走行させるのは困難である。これに対し、記憶装置５に記憶されている自動運転専用の道路地図は正確であり、この記憶装置５に記憶されている自動運転専用の道路地図上における自車両Ｖの位置は、自車両Ｖの実際の位置とほぼ完全に一致する。
従って、本発明による実施例では、記憶装置５に記憶されている自動運転専用の道路地図上における自車両Ｖの位置に基づき、自動走行が行われている。

即ち、本発明による実施例では、車両位置認識部１１において、ＧＰＳ受信部２で受信した自車両Ｖの位置情報に基づき、自動走行が開始されたときの最初の自車両Ｖの絶対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、自車両Ｖの外部状況が認識され、この外部状況に基づいて、記憶装置５に記憶されている自動運転専用の道路地図上における自車両Ｖの正確な位置が認識される。この場合、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ＳＢにより検出された障害物の三次元画像等）に基づいて、自車両Ｖの外部状況が認識される。なお、この外部状況には、自車両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。

もう少し詳しく説明すると、本発明による実施例では、自動走行が開始されたときの最初の自車両Ｖの絶対位置が、ＧＰＳ受信部２で受信した自車両Ｖの位置情報に基づき認識されたときに、外部状況認識部１２において、ライダーＳＢの検出結果に基づき記憶装置５に記憶されている外部の固定障害物の三次元画像と、ライダーＳＢにより検出された外部の固定障害物の現在の三次元画像とを比較することによって、記憶装置５に記憶されている道路地図上における現在の自車両Ｖの正確な位置が認識される。具体的に言うと、ライダーＳＢ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、記憶装置５に記憶されている外部の固定障害物の三次元画像上に重なる画像位置を見つけ出す。このときの三次元画像のずらした量が、記憶装置５に記憶されている道路地図上における自車両Ｖの走行車線の真ん中からのずれ量を表すことになり、従って、このずれ量から現在の自車両Ｖの正確な位置が認識できることになる。

なお、このように自車両Ｖの走行車線の真ん中からのずれ量が求まると、自車両Ｖの自動走行が開始されたときに、自車両Ｖが走行車線の真ん中を走行するように自車両Ｖの走行が制御される。車線の走行中、ライダーＳＢにより検出された外部の固定障害物の三次元画像が、記憶装置５に記憶されている外部の固定障害物の三次元画像上に重なる画像位置を見つけ出す作業は、継続して行われ、自車両Ｖ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ＳＢ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、記憶装置５に記憶されている外部の固定障害物の三次元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、自車両Ｖの走行状態が認識される。自車両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。

上述したように、記憶装置５に記憶されている道路地図における自車両Ｖの位置は外部状況認識部１２において認識され、走行計画生成部１４では、この外部状況認識部１２において認識された自車両Ｖの位置、外部状況認識部１２において認識された自車両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Ｖ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のｘｙ平面は、記憶装置５に記憶されている道路地図上の地表面を表しており、図３においてＲは、記憶装置５に記憶されている地図上の道路を表している。また、図３において、Ｖは道路Ｒ上を走行してい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。なお、図３における道路Ｒおよび自車両Ｖの位置は、実際の道路Ｒおよび実際の自車両Ｖの位置と一対一で完全に対応している。

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、記憶装置５に記憶されている道路地図の道路Ｒ上の位置（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、記憶装置５に記憶されている道路地図の道路Ｒ上において（ｖ（０）、θ（０））とされる。このように本発明による実施例では、記憶装置５に記憶されている道路地図上において、自車両Ｖの位置と自車両Ｖの走行状態が、自車両Ｖの進行に伴い変化せしめられる。

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、車両の加速度については−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、操舵角速度については−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、車両の複数の加速度の値と複数の操舵角速度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、車両の複数の加速度の値と複数の操舵角速度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、例えば、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、記憶装置５に記憶されている道路地図の道路Ｒ上における自車両Ｖの進路となり、記憶装置５に記憶されている道路地図上における自車両Ｖの進路が、実際の道路における自車両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。この図４のｘｙ平面も、図３と同様に、記憶装置５に記憶されている道路地図上の地表面を表している。また、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についても車両の複数の加速度の値と複数の操舵角速度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との干渉の有無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、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。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、車両の複数の加速度の値と複数の操舵角速度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、この走行計画生成部１４により生成された車両の走行計画に基づき行われる車両の走行制御について簡単に説明する。この車両の走行制御を行うためのルーチンを示す図５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。

次に、図６Ａ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自車両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６Ａには、道路状況と、自車両Ｖの車速ｖと、自車両Ｖに対する要求駆動トルクＴＲとが示されている。なお、図６Ａ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６Ａ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６Ｂ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６Ｂ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、燃料噴射量および変速機の変速比が制御される。即ち、変速機の変速比は車速ｖと要求駆動トルクＴＲの関数として予め定められており、従って車速ｖと要求駆動トルクＴＲが定まると変速機の目標変速比が定まる。変速機の目標変速比が定まると車速ｖおよび要求駆動トルクＴＲの得られるエンジン回転数およびエンジン出力トルクが定まり、エンジン出力トルクが定まるとこのエンジン出力トルクの得られる目標燃料噴射量が定まる。このようにして目標変速比および目標燃料噴射量が定まり、変速機の変速比および燃料噴射量が夫々これら目標変速比および目標燃料噴射量に制御される。

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６Ｃ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６Ａ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７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７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６Ｃ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。

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について、先に説明する。図８Ａは、圧縮着火式内燃機関全体を図解的に示している。図８Ａを参照すると、５０はエンジン本体、５１は燃焼室、５２は各燃焼室５１内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、５３は吸気マニホルド、５４は排気マニホルド、５５は吸気ダクト、５６は排気ターボチャージャ、５７は吸入空気量検出器、５８はエアクリーナ、５９はスロットル弁、６０はインタクーラ、６１は排気管、６２はパティキュレートフィルタ、６３はＮＯ_Ｘ選択還元触媒、６４は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路、６５はＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ制御弁、６６はＥＧＲクーラ、６７は燃料供給管、６８はコモンレール、６９は燃料供給ポンプ、７０は燃料タンクを夫々示す。

吸入空気はエアクリーナ５８、排気ターボチャージャ５６の吸気コンプレッサ５６ａ、吸気ダクト５５、吸気マニホルド５３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５４内に排出された排気ガスは排気ターボチャージャ５６の排気タービン５６ｂ、パティキュレートフィルタ６２およびＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３を介して大気中に排出される。一方、パティキュレートフィルタ６２の下流であってＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３上流の排気管６１内には尿素水供給弁７１が配置されており、尿素水タンク７２内に貯留されている尿素水７３は尿素水ポンプ７４、尿素水供給管７５を介して尿素水供給弁７１から供給される。図８Ａに示されるように、尿素水タンク７２内には尿素水タンク７２内の尿素水の液面の高さを検出するためのレベルセンサ７６が配置されている。なお、図８Ａに７７はエンジン本体５０に取り付けられた自動変速機を示している。

図８Ａに示される自動変速機７７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７７の変速比は、図７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７７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８Ｂ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７７の変速比ＧＲは車速ｖが高くなると小さくなる。

図９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７７の変速比ＧＲの変化と、機関回転数の変化と、機関出力トルクの変化とを示している。図９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、機関回転数は徐々に増大せしめられ、機関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、機関回転数は徐々に低下せしめられ、機関出力トルクが零、或いは零近くまで低下せしめられる。

さて、上述したように、ＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３上流の排気管６１内には尿素水供給弁７１が配置されており、尿素水タンク７２内に貯留されている尿素水７３が尿素水供給弁７１から排気管６１内に供給される。この尿素水は排ガス中において加水分解され、アンモニアの形でＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３に吸着される。機関から排出された排気ガスがＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３内に流入すると、排気ガス中に含まれるＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３に吸着されているアンモニアにより還元される。この場合、排気ガス中に含まれるＮＯ_ＸをＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３において吸着アンモニアにより良好に還元するには、排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを還元するのに十分な量のアンモニアをＮＯ_Ｘ選択還元触媒６３に吸着させておくことが必要である。この場合、ＮＯ_Ｘを還元するのに必要な吸着アンモニア量は排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘ量に比例しており、従って排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘ量が増大したときには、それに伴って吸着アンモニア量を増大させる必要がある。従って通常は、機関から排出されるＮＯ_Ｘが増大すると、それに伴って尿素水供給弁７１から供給される尿素水量が増大される。

機関から単位時間当たり排出されるＮＯ_Ｘ量は機関の運転状態が決まるとそれに応じて定まり、本発明による実施例では、この機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡは、図１０Ａに示されるように、機関出力トルクＴＱおよび機関回転数ＮＥの関数の形で、予め記憶部１６のＲＯＭ内に記憶されている。この排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡは機関出力トルクＴＱが高くなるほど多くなり、機関回転数ＮＥが高くなるほど多くなる。従って、機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡは、機関出力トルクＴＱが高くかつ機関回転数ＮＥが高いときに多くなり、この機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡが多くなる機関の運転領域、即ち機関から単位時間当たり排出されるＮＯ_Ｘ量が予め定められた量以上となる機関の運転領域が、図１０ＢにおいてハッチングＮＭで示されている。なお、図１０Ｂの縦軸は機関出力トルクＴＱを示しており、図１０Ｂの横軸は機関回転数ＮＥを示している。

本発明による実施例では、図１０ＢにおいてハッチングＮＭで示される領域が、機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡが多くなる機関の運転領域ＮＭ、即ち機関から単位時間当たり排出されるＮＯ_Ｘ量が予め定められた量以上となる機関の運転領域ＮＭとして、予め記憶部１６のＲＯＭ内に記憶されている。なお、図１０Ｂにおいて、曲線ＧＧは、機関から単位時間当たり排出されるＮＯ_Ｘ量がこの予め定められた量となる機関の運転状態を示しており、本発明による実施例では、この曲線ＧＧは許容限界運転状態と称される。

さて、上述したように、通常は、機関から排出されるＮＯ_Ｘが増大すると、それに伴って尿素水供給弁７１から供給される尿素水量が増大される。従って、図１０Ｂにおいて、Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）で表されている機関の運転状態が、ハッチングＮＭで示される機関の運転領域ＮＷ内の運転状態になると、機関から排出されるＮＯ_Ｘが増大するために、尿素水供給弁７１から供給される尿素水量が増大せしめられる。その結果、ＮＯ_Ｘを還元するのに必要な尿素水の消費量が増大する。この場合、ＮＯ_Ｘを還元するために必要な尿素水の消費量を低く抑えるには、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が、できる限り、機関の運転領域ＮＷ内に侵入しないようにする必要がある。

ところで、尿素水タンク７２内の尿素水７３の残量が少なくなったときには、速やかに、尿素水を補充することが必要となる。しかしながら実際には、このとき、速やかに、尿素水を補充することができない場合がある。このような場合には、尿素水を補充するまでＮＯ_Ｘを浄化し続けることができるように、少量の尿素水でもってＮＯ_Ｘを還元し続けることが必要となり、そのためには、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させ続けることが必要となる。この場合、図１０Ｂに示される機関の運転領域ＮＷ内において機関の運転を行わないようにすれば、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させ続けることができ、従って、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させ続けるためには、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が、できる限り、機関の運転領域ＮＷ内に侵入しないようにする必要がある。

一方、前述したように、本発明による車両の自動運転システムは、自車両Ｖの周辺情報を検出する外部センサ１と、地図情報を記憶している記憶装置５と、電子制御ユニット１０とを具備しており、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、自車両Ｖの速度および進行方向の時間的変化を示す複数の車両走行進路が生成されると共にこれら複数の車両走行進路の中から目標走行進路が決定され、この決定された目標走行進路に従って自車両Ｖが走行するように機関の駆動制御が行われる。

そこで、本発明による実施例では、図１０Ｂに示されるように、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内でないときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときには、生成された複数の車両走行進路の中から、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しない車両走行進路を目標走行進路として決定するようにしている。このようにして、目標走行進路が決定されると、車両の自動走行が行われたときに、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が、機関の運転領域ＮＷ内に侵入しないので、機関から排出されるＮＯ_Ｘ量を低下させつつ、尿素水の消費量を低く抑えることができることになる。

なお、この場合、単位時間当たりの尿素水の消費量が少なければ、尿素水を補充することのできる場所まで、できる限り早く到達することが好ましい。従って、本発明による実施例では、複数の車両走行進路の中から目標走行進路を決定する際には、運転の安全性を満たした上で、単位時間当たりの走行距離が最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定される。例えば、本発明による実施例では、通常、現時点から５秒先程度までの目標走行進路が生成されるので、目標走行進路が生成される５秒間程度の間において、走行距離が最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定される。

一方、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が、機関の運転領域ＮＭ内にあるときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときには、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）を機関の運転領域ＮＭから、できるだけ早く抜け出させることが必要となる。そこで、この場合、本発明による実施例では、生成された複数の車両走行進路の中から、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）を機関の運転領域ＮＭから早期に抜け出させることのできる車両走行進路が目標走行進路として選別される。なお、この場合にも、複数の車両走行進路の中から目標走行進路を決定する際には、運転の安全性を満たした上で、単位時間当たりの走行距離が最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定される。

次に、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときの目標走行進路の決定の仕方について、図１１Aから図１６を参照しつつ、もう少し具体的に説明する。なお、図１１Ａから図１３は、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内にあるときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときを示しており、図１４Ａから図１６は、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内にないときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときを示している。また、図１１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ、１４Ｂは、図１０Ｂと同様に機関の運転領域ＮＭを示した図であり、図１２，１３，１５，１６は、尿素水タンク７２内の尿素水７３の残量，車速ｖ、要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥ、機関出力トルクＴＱ、および機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯ_Ｘ量ＮＯＸＡの変化を示した図である。

まず初めに、図１１Ａから図１３を参照しつつ、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内のＡ点にあるときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときの目標走行進路の決定の仕方について説明する。本発明による実施例では、このとき、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、図１１Ａに示されるように、Ａ点を起点とした複数の車両走行進路Ｐｉが生成される。このとき、各車両走行進路Ｐｉは、前述したように、各時刻ｔ（時刻ｔ＝ｉΔｔ）における自車両Ｖの位置（ｘ（ｉ）、ｙ（ｉ））と、自車両Ｖの走行状態（ｖ（ｉ）、θ（ｉ））とによって表される。ただし、このときには、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）を機関の運転領域ＮＭから早期に抜け出させるために、自車両Ｖの車速ｖを減少方向に変化させる複数の車両走行進路Ｐｉのみが生成される。

図１１ＢにおけるＰ１は、図１１Ａに示される車両走行進路Ｐｉのうちの代表的な一つの車両走行進路を示している。この車両走行進路Ｐ１では、Ａ点からＢ点に向けて車速ｖが比較的ゆっくりと減少せしめられており、このとき車両走行計画に基づき算出される要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの変化が図１２に示されている。図１２からわかるように、この車両走行進路Ｐ１では、要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの全てがゆっくりと変化する。なお、図１２、１３、１５，１６において、Ｋは，尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別された時刻を示している。

図１１ＢにおけるＰ２は、図１１Ａに示される車両走行進路Ｐｉのうちの代表的な別の一つの車両走行進路を示している。この車両走行進路Ｐ２では、Ａ点からＢ点に向けて車速ｖが急速に減少せしめられており、このとき車両走行計画に基づき算出される要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの変化が図１３に示されている。図１３からわかるように、この車両走行進路Ｐ２では、時刻Ｋにおいて、要求駆動トルクＴＲおよび機関出力トルクＴＱが急激に減少せしめられ、次いでＢ点において、駆動トルクＴＲおよび機関出力トルクＴＱが急激に増大せしめられる。

本発明による実施例では、複数の車両走行進路Ｐｉについて、夫々、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭから抜け出るまでの経過時間ｔが求められ、複数の車両走行進路Ｐｉの中からこの経過時間ｔが予め定められた時間ｔ_０よりも短い車両走行進路Ｐｉが選別される。次いで、この選別された車両走行進路Ｐｉの中から、単位時間当たりの走行距離の最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定される。

次に、図１４Ａから図１６を参照しつつ、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ外のＡ点にあるときに、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときの目標走行進路の決定の仕方について説明する。本発明による実施例では、このとき、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、図１４Ａに示されるように、Ａ点を起点とした複数の車両走行進路Ｐｉが生成される。このとき、各車両走行進路Ｐｉは、前述したように、各時刻ｔ（時刻ｔ＝ｉΔｔ）における自車両Ｖの位置（ｘ（ｉ）、ｙ（ｉ））と、自車両Ｖの走行状態（ｖ（ｉ）、θ（ｉ））とによって表される。このときには、自車両Ｖの車速ｖを減少方向に変化させる場合および自車両Ｖの車速ｖを増大方向に変化させる場合のいずれの場合についても車両走行進路Ｑｉが生成される。

図１４ＢにおけるＱ１は、図１４Ａに示される車両走行進路Ｑｉのうちの代表的な一つの車両走行進路を示している。この車両走行進路Ｑ１では、Ａ点からＢ点に向けて車速ｖが比較的ゆっくりと増大せしめられており、このとき車両走行計画に基づき算出される要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの変化が図１５に示されている。図１５からわかるように、この車両走行進路Ｑ１では、要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの全てがゆっくりと変化している。

図１４ＢにおけるＱ２は、図１４Ａに示される車両走行進路Ｑｉのうちの代表的な別の一つの車両走行進路を示している。この車両走行進路Ｑ２では、車速ｖが急速に増大せしめられ、それにより車両走行計画に基づき算出された機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）がＡ点から機関の運転領域ＮＭに向けて変化せしめられている。更に、このとき、この車両走行進路Ｑ２では、車両走行計画に基づき算出される機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が許容限界運転状態ＧＧを突き抜けて機関の運転領域ＮＭに侵入する。このような場合には、図１４Ａに示されるように、車両走行計画に基づき算出された機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が許容限界運転状態ＧＧに一致した点Ｃにおいて、再度、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づき、Ｃ点を起点とした複数の車両走行進路Ｒｉが生成される。

図１４ＢにおけるＲ２は、図１４Ａに示される車両走行進路Ｒｉのうちの代表的な一つの車両走行進路を示している。この車両走行進路Ｒ２では、Ｃ点からＤ点に向けて車速ｖが比較的急速に減少せしめられる。このように、図１４Ｂにおいて機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）がＡ点からＣ点に向かい、次いで、Ｃ点において向きを変えてＤ点に向かうときの要求駆動トルクＴＲ，変速比、機関回転数ＮＥおよび機関出力トルクＴＱの変化が図１６に示されている。この車両走行進路Ｑ２、Ｒ２では、Ａ点からＣ点の間では、要求駆動トルクＴＲおよび機関出力トルクＴＱが増大せしめられ、Ｃ点からＤ点の間では、駆動トルクＴＲおよび機関出力トルクＴＱが減少せしめられる。

なお、本発明による実施例では、図１４ＡのＣ点において、複数の車両走行進路Ｒｉから車両走行進路を選択する際には、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入する車両走行進路は選別の対象から除外され、複数の車両走行進路Ｒｉの中から、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しない車両走行進路が選別され、この選別された車両走行進路の中から目標走行進路が決定される。この場合、この選別された車両走行進路Ｐｉの中から、単位時間当たりの走行距離の最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定される。

このように本発明では、図１７のブロック図に示されるように、自車両Ｖの周辺情報を検出する外部センサ１と、地図情報を記憶している記憶装置５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が、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５記憶された地図情報に基づいて、自車両Ｖの速度および進行方向の時間的変化を示す複数の車両走行進路を生成すると共に複数の車両走行進路の中から目標走行進路を決定する走行計画生成部１４と、走行計画生成部１４により決定された目標走行進路に従って車両が走行するように機関の駆動制御を行う走行制御部１５と、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であるか否かを判別する尿素水量判別部１７と、機関からの単位時間当たりのＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域ＮＭを記憶した記憶部１６を具備しており、機関の運転状態が機関の運転領域ＮＭ内でないときに、尿素水量判別部１７により尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときには、走行計画生成部１４は走行計画生成部１４により生成された複数の車両走行進路の中から、機関の運転状態が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しない車両走行進路を目標走行進路として決定する。

図１８および図１９は、本発明を実行するための走行計画の生成ルーチン示している。この走行計画の生成ルーチンは繰り返し実行される。
図１８を参照すると、まず初めにステップ８０では、ＧＰＳ受信部２で受信した自車両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８１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８２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、自車両Ｖの走行状態が認識される。

次いで、ステップ８３では、レベルセンサ７６の検出信号に基づいて、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量Ｗが予め定められた量Ｗ_Ｏ以上であるか否かが判別される。尿素水タンク７２内の尿素水７３の量Ｗが予め定められた量Ｗ_Ｏ以上であると判別されたときには、ステップ８４に進んで、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、自車両Ｖの速度および進行方向の時間的変化を示す複数の車両走行進路が生成される。次いで、ステップ８５では、これら複数の車両走行進路から、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一つの車両走行進路が選択され、即ち車両走行計画が決定され、この選択された車両走行進路に沿って自車両Ｖが自動走行される。

一方、ステップ８３において、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量Ｗが予め定められた量Ｗ_Ｏ以下であると判別されたときには、ステップ８６に進んで、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内であるか否かが判別される。機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内であると判別されたときには、ステップ８７に進んで、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、自車両Ｖの車速ｖを減少方向に変化させる複数の車両走行進路Ｐｉが生成される。次いで、ステップ８８では、各時刻ｔ（時刻ｔ＝ｉΔｔ）における要求駆動トルクＴＲと機関回転数ＮＥが算出される。

次いで、ステップ８９では、複数の車両走行進路Ｐｉについて夫々、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭから抜け出るまでの経過時間ｔ、即ち、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ外となるまでの時間ｔが求められる。次いで、ステップ９０では、複数の車両走行進路Ｐｉの中からこの経過時間ｔが予め定められた時間ｔ_０よりも短い車両走行進路Ｐｉが選別される。次いで、ステップ９１では、この選別された車両走行進路Ｐｉの中から、単位時間当たりの走行距離の最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定され、この目標走行進路に沿って自車両Ｖが自動走行される。

一方、ステップ８６において、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内にないと判別されたときには、図１９のステップ９２に進んで、外部センサ１により検出された自車両Ｖの周辺情報および記憶装置５に記憶された地図情報に基づいて、複数の車両走行進路Ｑｉが生成される。次いで、ステップ９３では、ステップ９３に進む毎に、各車両走行進路Ｑｉについて、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入するか否かが順次判別される。機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しないと判別されたときには、ステップ９４に進んで、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しないと判別された車両走行進路Ｑｉが記憶され、次いでステップ９７に進む。

一方、ステップ９３において、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入すると判別されたときには、ステップ９５に進み、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が許容限界運転領域ＧＧに到達した後の複数の車両走行進路Ｒｉが再度生成される。次いで、ステップ９６では、再度生成された複数の車両走行進路Ｒｉの中から、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しない車両走行進路Ｒｉが選別され、この選別された車両走行進路Ｒｉが記憶される。次いで、ステップ９７に進む。ステップ９７では、ステップ９２において生成された全ての車両走行進路Ｑｉについて、ステップ９３における判別が完了したか否かが判別される。

ステップ９２において生成された全ての車両走行進路Ｑｉについて、ステップ９３における判別が完了していないときにはステップ９３に戻る。これに対し、ステップ９２において生成された全ての車両走行進路Ｑｉについて、ステップ９３における判別が完了したときにはステップ９８に進み、ステップ９４において記憶された車両走行進路Ｑｉおよび
ステップ９６において記憶された車両走行進路の中から、単位時間当たりの走行距離の最も長くなる車両走行進路が目標走行進路として決定され、この目標走行進路に沿って自車両Ｖが自動走行される。

このように本発明では、尿素水タンク７２内の尿素水７３の量が予め定められた量以下であると判別されたときには、走行計画生成部１４により生成された複数の車両走行進路の中から、機関の運転状態Ｐ（ＴＱ，ＮＥ）が機関の運転領域ＮＭ内に侵入しない車両走行進路を目標走行進路として決定し、この目標走行進路に沿って自車両Ｖが自動走行される。このように、本発明では、ＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域ＮＭ内での機関の運転が行われないように目標走行進路が決定されるので、尿素水の消費量を抑制することができる。また、本発明では、実際にＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域ＮＭ内に限って機関の運転が制限されており、この実際にＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域ＮＭ外であれば、たとえアクセル開度が大きい場合でも機関の運転が行われるので、車両の走行性能が過度に抑制されるのを阻止することができる。

１外部センサ
２ＧＰＳ受信部
３内部センサ
４地図データベース
５記憶装置
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
１７尿素水量判別部
５０エンジン本体
７１尿素水供給弁
７２尿素水タンク

Claims

自車両の周辺情報を検出する外部センサと、地図情報を記憶している記憶装置と、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自車両の周辺情報および該記憶装置に記憶された地図情報に基づいて、自車両の速度および進行方向の時間的変化を示す複数の車両走行進路を生成すると共に複数の車両走行進路の中から目標走行進路を決定する走行計画生成部と、
該走行計画生成部により決定された目標走行進路に従って車両が走行するように機関の駆動制御を行う走行制御部と、
尿素水タンク内の尿素水量が予め定められた量以下であるか否かを判別する尿素水量判別部と、
機関からの単位時間当たりのＮＯ_Ｘ排出量が予め定められた量以上となる機関の運転領域を記憶した記憶部とを具備しており、
機関の運転状態が該機関の運転領域内でないときに、該尿素水量判別部により尿素水タンク内の尿素水量が予め定められた量以下であると判別されたときには、該走行計画生成部は、該走行計画生成部により生成された複数の車両走行進路の中から、機関の運転状態が該機関の運転領域内に侵入しない車両走行進路を該目標走行進路として決定するようにした車両の自動運転システム。