JP6589064B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動運転（自動運転支援を含む）が可能な車両に適用して好適な車両制御装置に関する。

米国特許出願公開第２０１３／０１１０３４３号公報（以下「ＵＳ２０１３／０１１０３４３Ａ１」という。）では、自動運転スイッチによって自動運転の実行が指示された場合、運転者に違和感を与えず、感覚的に操作し易い運転支援装置を提供することを目的としている（［０００８］、要約）。

しかしながら、ＵＳ２０１３／０１１０３４３Ａ１に記載された運転支援装置では、走行中、自動運転スイッチの操作によって手動運転から自動運転に切り替えられた場合、その切り替え時以降に、自動運転用の進路が生成される（［００４７］）。

そのため、自動運転スイッチの自動運転への切替操作時から実際に車両の自動運転が開始されるまでに時間がかかりドライバ等に違和感を与えるという課題がある。

仮に、切替操作時に、直ちに自動運転に切り替えた場合には、車内通信系の時間遅れ等を原因として車両挙動が安定するまでに時間がかかるという課題もある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、走行中に、手動運転モードから自動運転モードに切り替えたとき、瞬時且つ円滑に自動運転を開始することを可能とする車両制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両制御装置は、自動運転可能な車両を制御する車両制御装置であって、外界認識情報と自車状態情報とに基づき環境マップ情報を生成する環境マップ生成部と、前記自車状態情報と前記環境マップ情報に基づき、第１周期で、該第１周期を分割した第２周期の軌道点列からなる目標軌道を生成する目標軌道生成部と、前記目標軌道に基づき自動運転を行うか、ドライバ操作による手動運転を行う車両制御部と、前記自動運転と前記手動運転とを切り替える自動・手動切替部と、これらを制御する統括制御部と、を備え、前記統括制御部は、自車の走行中に、前記手動運転から前記自動運転への切り替わりを検出したときの前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで前回の前記目標軌道又は最新の前記自車状態情報に基づく予測軌道による前記自動運転を行うように制御し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降は、順次生成される前記目標軌道に沿って自動運転を行うように制御する。

この発明によれば、走行中の自動・手動切替部による手動運転から自動運転への切替時に、前回の目標軌道又は最新の自車状態情報に基づき、自動運転に移行するので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

この場合、前記目標軌道生成部は、前記自動・手動切替部の切替に拘わらず、連続的に前記目標軌道を生成するものであり、前記統括制御部は、前記手動運転から前記自動運転への切り替わり時に、前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで、前記第１周期で算出されていた前記目標軌道の残り分を用いて前記自動運転を行うように制御し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降、順次生成される前記目標軌道に沿って自動運転を行うように制御してもよい。

この発明によれば、自動・手動切替部による手動運転から自動運転への切替時に、既に算出されていた目標軌道による自動運転に直ちに移行するので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

また、前記目標軌道生成部は、前記自動・手動切替部による前記自動運転への切替時前には、最新の前記自車状態情報に基づく前記予測軌道を連続的に生成し、前記自動運転への切り替わり時以降、前記目標軌道を連続的に生成するものであり、前記統括制御部は、前記手動運転から前記自動運転への切り替わり時に、前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで、前記予測軌道により自動運転を開始し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降、前記目標軌道による自動運転を継続するように制御してもよい。

この発明によれば、自動・手動切替部による手動運転から自動運転への切替時に、最新の自車状態情報に基づき生成された予測軌道により自動運転を開始し、以降、前記目標軌道により自動運転を継続するようにしたので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

さらに、前記予測軌道は、少なくとも前記第１周期分に相当する時間遅れを見込んだ分とされる。このように、統括制御部により生成される予測軌道を、少なくとも第１周期分に相当する時間遅れを見込んだ分とすることで、以降、目標軌道による自動運転を継続することができる。

さらにまた、該車両制御装置に電力を供給する蓄電装置を備え、前記車両制御部は、前記蓄電装置の残容量が閾値残容量以上の場合に、前記目標軌道に基づき前記自動運転を開始し、前記閾値残容量未満の場合に、前記予測軌道に基づき自動運転を開始するようにすることが好ましい。

前記蓄電装置の残容量が閾値残容量以上で、電力に余裕がある場合には、走行中、常時、目標軌道を生成し、前記蓄電装置の残容量が前記閾値残容量未満で、電力に余裕がない場合には、目標軌道の常時生成を禁止し予測軌道を生成するようにしたので、蓄電装置の残容量に応じた自動運転を行うことができる。なお、切り替わり時に、最新の目標軌道で自動運転を行う方が、最新の予測軌道で自動運転を行うことに比較して、より車両の軌跡を滑らかにすることができる。

この実施形態に係る車両制御装置が搭載された車両の概略構成ブロック図である。 環境マップの例示図である。 第１実施例の車両制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。 第１実施例の車両制御装置の動作説明に供されるタイムチャートである。 第２実施例の車両制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。 第２実施例の車両制御装置の動作説明に供されるタイムチャートである。

以下、この発明に係る車両制御装置について、この車両制御装置が搭載された車両との関係において、好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照しながら説明する。

［車両１０の構成］
図１は、この実施形態に係る車両制御装置１２が搭載された車両（自車又は自車両ともいう。）１０の概略構成を示すブロック図である。

車両１０は、車両制御装置１２を含み、該車両制御装置１２の他、該車両制御装置１２にそれぞれ通信線を介して接続される入力装置と出力装置と、これら入出力装置及び車両制御装置１２に対し電力（電源）を供給する二次電池である蓄電装置１２４を備える。

前記入力装置として、外界センサ１４と、ナビゲーション装置１６と、車両センサ１８と、通信装置２０と、自動運転スイッチ（自動運転ＳＷ）２２と、操作デバイス２４に接続された操作検出センサ２６と、電力制御装置１２０と、を備える。

前記出力装置として、図示しない車輪を駆動する駆動力装置２８と、前記車輪を操舵する操舵装置３０と、前記車輪を制動する制動装置３２と、を備える。なお、ナビゲーション装置１６や通信装置２０は、入出力装置（ヒューマンインタフェース、送受信機）として利用することもできる。

［車両制御装置１２に接続される入出力装置等の構成］
外界センサ１４は、車両１０の外界（前方、後方、側方等の周囲３６０゜）情報を取得する複数のカメラ３３と複数のレーダ３４とを備え、取得した車両１０の外界情報を車両制御装置１２に出力する。外界センサ１４は、さらに、複数のＬＩＤＡＲ（光検出と測距）を備えてもよい。

ナビゲーション装置１６は、衛星測位装置等を用いて車両１０の現在位置を検出・特定するとともに、ユーザインタフェースとして、タッチパネル式のディスプレイ、スピーカ及びマイクを有し、現在位置又はユーザが指定した位置から指定した目的地までの経路を算出し、車両制御装置１２に出力する。ナビゲーション装置１６により算出された経路は、経路情報として記憶装置４０の経路情報記憶部４４に記憶される。

車両センサ１８は、車両１０の速度（車速）を検出する速度（車速）センサ、加速度を検出する加速度センサ、横Ｇを検出する横Ｇセンサ、車両１０の垂直軸周りの角速度を検出するヨーレートセンサ、車両１０の向きを検出する方位センサ、車両１０の勾配を検出する勾配センサ等を含め、各検出信号を車両制御装置１２に出力する。これらの検出信号は、後述する演算周期Ｔｏｃ毎に自車状態情報Ｉｖｈとして記憶装置４０の自車状態情報記憶部４６に記憶される。

通信装置２０は、路側機、他車、及びサーバ等と通信し、信号機等に係わる情報、他車に係わる情報、及びプローブ情報・更新地図情報等を受信しあるいは送信する。なお、地図情報は、ナビゲーション装置１６に記憶される他、地図情報として記憶装置４０の地図情報記憶部４２にも記憶される。

操作デバイス２４は、アクセルペダル、ステアリングホイール（ハンドル）、ブレーキペダル、シフトレバー、及び方向指示レバー等を含む。操作デバイス２４には、ドライバによる操作の有無や操作量、操作位置を検出する操作検出センサ２６が取り付けられている。

操作検出センサ２６は、検出結果としてアクセル踏込（開度）量、ハンドル操作（操舵）量、ブレーキ踏込量、シフト位置、右左折方向等を車両制御部１１０に出力する。

自動運転スイッチ（自動・手動切替部）２２は、例えば、インストルメントパネルに設けられ、ドライバ等のユーザが、非自動運転モード（手動運転モード）と自動運転モードを切り替えるためにマニュアル（手動）操作される押しボタンスイッチである。

この実施形態では、押される度に、自動運転モードと非自動運転モードが切り替わるように設定されているが、ドライバの自動運転意思確認の確実化のために、例えば、２度押しで非自動運転モードから自動運転モードに切り替わり、１度押しで自動運転モードから非自動運転モードに切り替わるように設定することもできる。

自動運転モードは、ドライバが、アクセルペダルやステアリングホイールやブレーキペダル等の操作デバイス２４の操作を行わない状態で車両１０が車両制御装置１２の制御下に走行する運転モードであり、車両制御装置１２が、行動計画（後述する目標軌道Ｓｔ又は予測軌道Ｐｔ）に基づいて、駆動力装置２８、操舵装置３０、及び制動装置３２の一部又は全部を制御する運転モードである。

なお、自動運転モード中に、ドライバが、アクセルペダルやステアリングホイールやブレーキペダル等の操作デバイス２４の操作を開始した場合には、自動運転モードは自動的に解除され、非自動運転モード（手動運転モード）に切り替わる。

ここで、手動運転モードにおいても、公知のＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）機能やＬＫＡＳ（Lane Keep Assist System）機能等、一定の運転支援機能を実施することができる。

また、前記した自動運転スイッチ２２は、タッチ式でもよく、音声入力方式等にしてもよい。

駆動力装置２８は、駆動力ＥＣＵとエンジン及び／又は駆動モータ等の車両１０の駆動源とから構成される。駆動力装置２８は、車両制御部１１０から入力される車両制御値Ｃｖｈに従って車両１０が走行するための走行駆動力（トルク）を生成し、トランスミッションを介し、あるいは直接に車輪に伝達する。

操舵装置３０は、ＥＰＳ（電動パワーステアリングシステム）ＥＣＵと、ＥＰＳ装置とから構成される。操舵装置３０は、車両制御部１１０から入力される車両制御値Ｃｖｈに従って車輪（操舵輪）の向きを変更する。

制動装置３２は、例えば、油圧式ブレーキを併用する電動サーボブレーキであって、ブレーキＥＣＵと、ブレーキアクチュエータとから構成される。

制動装置３２は、車両制御部１１０から入力される車両制御値Ｃｖｈ情報に従って車輪を制動する。

なお、車両１０の操舵は、左右車輪に対するトルク配分や制動力配分を変更することでも可能である。

電力制御装置１２０は、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣを検出する残容量センサ１２２を含み、残容量ＳＯＣを統括制御部７０に出力する。

［車両制御装置１２の構成］
車両制御装置１２は、１又は複数のＥＣＵ（電子制御ユニット）により構成され、各種機能実現部の他、記憶装置４０等を備える。なお、機能実現部は、この実施形態では、ＣＰＵ（中央処理ユニット）が記憶装置４０に記憶されているプログラムを実行することにより機能が実現されるソフトウエア機能部であるが、集積回路等からなるハードウエア機能部により実現することもできる。

車両制御装置１２は、記憶装置４０及び機能実現部（機能実現モジュール）としての車両制御部１１０の他に、外界認識部５１と、認識結果受信部５２と、環境マップ生成部（局所環境マップ生成部ともいう。）５４と、目標軌道生成部７３と、これらを統括制御するとともに、タスク同期を制御する統括制御部（タスク同期モジュール）７０と、から構成される。

車両制御装置１２中、外界認識部５１は、静的な（変化しない又は動かない）外界認識情報Ｉｐｒｓと動的な（変化する又は動く可能性がある）外界認識情報Ｉｐｒｄとからなる外界認識情報Ｉｐｒを同時に生成する。

静的な外界認識情報Ｉｐｒｓを生成する際、外界認識部５１は、車両制御部１１０からの自車状態情報Ｉｖｈを参照し、さらに、外界センサ１４中、カメラ３３等からの外界情報（画像情報）に基づき、当該位置での車両１０の両側（右側と左側）のレーンマーク（白線等）を認識するとともに、交差点等の停止線までの距離（停止線まで、あと何ｍの位置にいるか。）、及び走行可能領域（レーンマークは気にせずにガードレールや縁石を除いた平面領域）等を認識し、外界認識情報Ｉｐｒｓとして生成し、認識結果受信部５２に送信（出力）する。

動的な外界認識情報Ｉｐｒｄを生成する際、外界認識部５１は、前記自車状態情報Ｉｖｈを参照し、さらに、カメラ３３等からの外界情報に基づき、障害物（駐停車車両を含む）、交通参加者（人、他車両）、及び信号機の灯色｛青（緑）、黄（オレンジ）、赤｝等を認識し、外界認識情報Ｉｐｒｄとして生成し、認識結果受信部５２に送信（出力）する。

外界認識部５１は、外界認識情報Ｉｐｒ（Ｉｐｒ＝Ｉｐｒｓ＋Ｉｐｒｓｄ）を演算周期Ｔｏｃ未満の時間で認識し、認識結果受信部５２に送信（出力）する。

この場合、認識結果受信部５２は、統括制御部７０からの演算指令Ａａに応答して、外界認識部５１から受信している外界認識情報Ｉｐｒ（Ｉｐｒ＝Ｉｐｒｓ＋Ｉｐｒｄ）を、演算周期Ｔｏｃ内に、統括制御部７０に出力する。

統括制御部７０は、外界認識情報Ｉｐｒ（Ｉｐｒ＝Ｉｐｒｓ＋Ｉｐｒｄ）を、記憶装置４０に記憶する。

ここで、演算周期（基準周期又は基準演算周期ともいう。）Ｔｏｃは、車両制御装置１２における基準の演算周期であり、例えば、数１０ｍｓ程度の値に設定されている。

環境マップ生成部５４は、統括制御部７０からの演算指令Ａｂに応答して、自車状態情報Ｉｖｈ及び外界認識情報Ｉｐｒを参照（集約）し、演算周期Ｔｏｃ内に、環境マップ情報（局所環境マップ情報ともいう。）Ｉｅｍを生成して統括制御部７０に出力する。

環境マップ情報Ｉｅｍは、概ね、外界認識情報Ｉｐｒに自車状態情報Ｉｖｈを合成した情報である。環境マップ情報Ｉｅｍは、記憶装置４０の環境マップ情報記憶部４７に記憶される。

図２は、環境マップ情報Ｉｅｍとして記憶されている、例としての環境マップ（局所環境マップともいう。）Ｌｍａｐを示している。

ここで、自車状態情報Ｉｖｈは、車両制御部１１０から得られる情報であって、基本的には、車両１０の基準点Ｂｐ、例えば後輪車軸の中点の、レーンＬ（右側レーンマークＬｍｒと左側レーンマークＬｍｌによって区画される。）の中心線（仮想線）ＣＬからのオフセット量（位置）ＯＳと、中心線ＣＬと車両１０のノーズ方向ｎｄとの間のなす角である姿勢角（方位角ともいう。）θｚと、速度ｖｓと、加速度ｖａと、走行ラインの曲率ρと、ヨーレートγと、操舵角δｓｔ等により構成される。オフセット量ＯＳは、基準位置（任意）からの座標｛ｘ（走行路の方向であって縦方向）ｙ（走行路に直交する方向であって横方向）｝としてもよい。

すなわち、自車状態情報Ｉｖｈは、次の（１）式に示すように、後述する軌道点列Ｐｊ｛（２）式参照｝の、その時点における最新の情報である。
Ｉｖｈ＝Ｉｖｈ（ｘ，ｙ，θｚ，ｖｓ，ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）…（１）
Ｐｊ
＝Ｐｊ（ｘ，ｙ，θｚ，ｖｓ，ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）ｔ＝１，２，…Ｔ
…（２）

なお、軌道点列Ｐｊは、後述する軌道候補点列Ｐｃｊ（ｘ，ｙ，θｚ，ｖｓ，ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）ｔ＝１，２，…Ｔが肯定的な評価がなされるまで修正されて、出力軌道である軌道点列Ｐｊ（ｘ，ｙ，θｚ，ｖｓ，ｖａ，ρ，γ，δｓｔ）ｔ＝１，２，…Ｔとされる。ｔは、演算周期Ｔｏｃの整数分の１（速度ｖｓに応じて変更してもよい。）の時間に対応し、１は、最初の点、Ｔは、１ｓｅｃ目の点等の生成される軌道の時間長に対応する。

図２中、レーンＬ（右側レーンマークＬｍｒと左側レーンマークＬｍｌ）は、カメラ３３からの画像情報から外界認識部５１で認識（公知のレーンマーク検出、鳥瞰変換、及び曲線近似処理）された外界認識情報Ｉｐｒである。

このように、環境マップ情報Ｉｅｍ（環境マップＬｍａｐ）は、自車状態情報Ｉｖｈと外界認識情報Ｉｐｒとを併合して生成された、自車１０が走行している方向の自車位置を基準として道路（レーンマークＬｍ）等の周辺状況（自車周辺状況）を示す情報である。

図１にもどり、目標軌道生成部７３は、統括制御部７０からの演算指令Ａｅに応答して、環境マップ情報Ｉｅｍ（動的な外界認識情報Ｉｐｒｄ及び静的な外界認識情報Ｉｐｒｓを含む。）、自車状態情報Ｉｖｈ、地図情報記憶部４２に記憶されている道路地図（カーブの曲率等）を参照し、演算周期Ｔｏｃで自車両１０の車両ダイナミクスに対応した目標軌道Ｓｔを生成し、統括制御部７０に出力し、同時に車両制御部１１０に出力する。目標軌道Ｓｔは、軌道情報Ｉｔとして軌道情報記憶部４８に記憶される。

このようにして、目標軌道生成部７３は、演算周期Ｔｏｃで、これから走行する相対的に短い時間（短い距離）、例えば１秒間程度の走行時間に対応する目標軌道（１ｓｅｃ軌道という。）Ｓｔを生成する。

目標軌道Ｓｔとしては、演算周期Ｔｏｃ毎に、概ねレーンマークの中心線ＣＬに沿う縦方向の位置ｘ、横方向の位置ｙ、姿勢角θｚ、速度ｖｓ、加速度ｖａ、操舵角δｓｔ（車両１０の舵角δは、ステアリングホイールの操舵角δｓｔにギア比を考慮して算出することができる。）等に基づき、車両指令値としての軌道点列Ｐｊ（ｘ，ｙ，θｚ，ｖｓ，ｖａ，δｓｔ）｛上記（２）式参照。｝が生成される。

目標軌道生成部７３により演算周期Ｔｏｃ毎に複数の軌道候補点列Ｐｃｊ（演算周期：Ｔｏｃ／５程度）が生成されるが、生成された軌道候補点列Ｐｃｊは、後述するように、さらに、目標軌道生成部７３により車両ダイナミクス等に基づき軌道が評価された後、評価結果に応じて必要があれば修正されて目標軌道Ｓｔ分の出力軌道としての軌道点列Ｐｊが生成される。

なお、目標軌道生成部７３は、後述する第２実施例では、手動運転モードから自動運転モードの切り替わり時に、最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づく予測軌道Ｐｔからなる軌道点列Ｐｊを車両制御部１１０に出力する。

車両制御部１１０は、入力された目標軌道Ｓｔ（あるいは予測軌道Ｐｔ）、すなわち、演算周期Ｔｏｃ／５程度（演算周期Ｔｏｃを５つに分割した５分周）で生成され入力された軌道点列Ｐｊに沿って車両１０が走行するように、軌道点列Ｐｊを車両制御値Ｃｖｈに変換し駆動力装置２８、操舵装置３０、及び制動装置３２に出力する。

［実施形態の動作説明］
［第１実施例］：Ｓｔ生成モード（目標軌道生成モード）
［フローチャートによる第１実施例の説明］
基本的には以上のように構成される車両制御装置１２の第１実施例の動作について、図３のフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、フローチャートに係るプログラムの実行主体は、車両制御装置１２の統括制御部７０である。

この第１実施例に係るＳｔ生成モード（目標軌道生成モード）は、後述する第２実施例に係るＰｔ生成モード（予測軌道生成モード）に比較して、非自動運転時における演算のための電力消費量が大きいので、例えば残容量センサ１２２により検出されている蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈより大きい（ＳＯＣ＞ＳＯＣｔｈ）場合に実行される。

ステップＳ１にて、統括制御部７０は、認識結果受信部５２に対し、外界認識情報Ｉｐｒの受信を要求する演算指令Ａａを送出する。

この場合、外界認識部５１は、演算周期Ｔｏｃ未満の時間で、外界センサ１４中、カメラ３３からの外界情報（画像情報）に基づき、車両１０の両側（右側と左側）のレーンマークＬｍ（Ｌｍｒ、Ｌｍｌ）を認識するとともに、交差点等の停止線までの位置、及び走行可能領域（ガードレールや縁石を除いた領域）等の静的な外界認識情報Ｉｐｒｓを生成し、認識結果受信部５２に送信している。

同時に、外界認識部５１は、カメラ３３、レーダ３４及び図示しないＬＩＤＡＲ等からの外界情報に基づき、障害物（駐停車車両を含む）、交通参加者（人、他車両）、及び信号機の灯色等の動的な外界認識情報Ｉｐｒｄを生成し、認識結果受信部５２に送信している。

そのため、ステップＳ２にて、静的な外界認識情報Ｉｐｒｓ（例えば、主に、レーンマーク、停止線、縁石等道路区画線）と動的な外界認識情報Ｉｐｒｄ（例えば、主に、信号機灯色、交通参加者）は、外界認識情報Ｉｐｒとして、演算指令Ａａに同期して、認識結果受信部５２を通じて統括制御部７０により取得され、且つ記憶装置４０に記憶される。

ステップＳ３にて、統括制御部７０は、演算周期Ｔｏｃに同期して、環境マップ生成部５４に対し、外界認識情報Ｉｐｒ及び自車状態情報Ｉｖｈを送出するとともに、環境マップ情報Ｉｅｍの生成を要求する演算指令Ａｂを送出する。

この演算指令Ａｂに同期して、環境マップ生成部５４は、演算周期Ｔｏｃ内に外界認識情報Ｉｐｒに自車状態情報Ｉｖｈを併合（マージ）して、図３に示した環境マップＬｍａｐを含む環境マップ情報Ｉｅｍを生成し、統括制御部７０に送出する。

これによりステップＳ４にて、統括制御部７０は、環境マップ情報Ｉｅｍを取得し、且つ記憶装置４０に記憶する。

次いで、ステップＳ５にて、統括制御部７０は、演算周期Ｔｏｃに同期して、目標軌道生成部７３に対し、外界認識情報Ｉｐｒ、自車状態情報Ｉｖｈ、及び環境マップ情報Ｉｅｍを送出するとともに、目標軌道Ｓｔの生成を要求する演算指令Ａｅを送出する。

この演算指令Ａｅに同期して、目標軌道生成部７３は、前回出力した目標軌道Ｓｔを初期値（初期位置）に設定し、その初期値（初期位置）を基準に、自車状態情報Ｉｖｈ及び環境マップ情報Ｉｅｍを参照して演算周期Ｔｏｃの１／５毎の（演算周期Ｔｏｃを５分周した）ノーズ方向（縦方向ｘ）ｎｄとノーズ方向ｎｄに直交する方向（横方向ｙ）の、車両１０の基準点Ｂｐ（図２）の位置座標（ｘ，ｙ）を含む軌道候補点列Ｐｃｊを生成する。

目標軌道生成部７３は、生成した軌道候補点列Ｐｃｊの軌道が、環境マップ情報Ｉｅｍに照らして、車両ダイナミクスを考慮しつつ、例えば、信号機の灯色が青色である場合に交差点を通過できるか、信号機の灯色が赤色である場合に交差点の手前の停止線で停止できるか等の評価をし、評価結果が、肯定的な評価となるまで、軌道候補点列Ｐｃｊを修正し、出力軌道である軌道点列Ｐｊを生成する。生成された軌道点列Ｐｊは、統括制御部７０及び車両制御部１１０に送出される。

ステップＳ６にて、この軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔ及び更新された更新カウンタのカウント値が統括制御部７０に取得され、且つ軌道情報Ｉｔとして軌道情報記憶部４８に記憶される。

次いで、ステップＳ７にて、統括制御部７０は、自動運転スイッチ２２がオン状態の自動運転モードに設定されているか否かを判定する。

自動運転スイッチ２２がオフ状態の非自動運転モードに設定されている（ステップＳ７：ＮＯ）場合、ステップＳ１以降の目標軌道Ｓｔの生成処理が繰り返される。

自動運転スイッチ２２がオン状態の自動運転モードに設定されている（ステップＳ７：ＹＥＳ）場合、ステップＳ８にて、車両制御部１１０に自動運転開始指令Ａｄｃｏｍを送信することで、車両１０が、自動運転モードに瞬時且つ円滑に切り替えられる｛非自動運転モードから自動運転モードに遷移（移行）されるともいう。｝。

そして、このステップＳ８では、ステップＳ６で生成している前回の軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔを目標軌道生成部７３から車両制御部１１０に出力させる。これにより、車両制御部１１０から、目標軌道Ｓｔの軌道点列Ｐｊに応じた車両制御値Ｃｖｈがアクチュエータ２７（駆動力装置２８、操舵装置３０及び制動装置３２）に出力され、目標軌道Ｓｔに基づく自動運転が開始乃至継続される。

［タイムチャートによる第１実施例の説明］
図４のタイムチャートを参照して、非自動運転モードから自動運転モードへの遷移動作について説明する。

図４中、時点ｔ０にて、ドライバ等による自動運転スイッチ２２の操作により手動運転モード（自動運転 オフ状態）から自動運転モード（自動運転 オン状態）に切り替えられる。

時点ｔ０より前の時点ｔ−４｛図４中、最左端の時点であって演算周期Ｔｏｃ（＝第１周期）の開始タイミング｝にて、統括制御部７０は、自車状態情報Ｉｖｈを車両制御部１１０より受信する。

時点ｔ−４からの演算周期Ｔｏｃの開始近傍にて、統括制御部７０は、目標軌道生成部７３に対し目標軌道Ｓｔの生成を要求する演算指令Ａｅを送出する（ステップＳ５対応）。

この演算指令Ａｅに応答して、目標軌道生成部７３は、演算周期Ｔｏｃ内の略Ｔｏｃ×（１／５）内の時間にて軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔを生成して統括制御部７０及び車両制御部１１０に出力する。

このようにして、自動運転モードに切り替わらない手動運転モード時の時点ｔ−４、ｔ−３、ｔ−２、及び時点ｔ−１にも軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔの生成を行い、生成した目標軌道Ｓｔを車両制御部１１０に送信している。

時点ｔ０にて、自動運転スイッチ２２の操作により自動運転モード（自動運転 オン状態）に切り替えられる。

この時点ｔ０では、時点ｔ−２近傍で前回生成された目標軌道Ｓｔが確保できているため手動運転から自動運転に瞬時且つ円滑に遷移することができる。

なお、自動運転開始後の時点ｔ１にて、目標軌道生成部７３は、自動運転モードが開始されたことを統括制御部７０から受信し、次の時点ｔ２では、目標軌道生成部７３が自動運転モードになってから生成された目標軌道Ｓｔが車両制御部１１０に出力される。

このようにこの第１実施例では、自動運転モードが開始されていない状態（時点ｔ０以前）でも、目標軌道生成部７３にて環境マップ情報Ｉｅｍ及び最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づいて、連続的に、軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔの生成を行っている。その結果、通信遅延や演算時間遅れが存在したとしても、その間の軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔを車両制御部１１０に送信しているので、走行中に手動運転から自動運転に移行する際、車両１０が瞬時且つ円滑に自動運転を開始することができる。

［第２実施例］：Ｐｔ生成モード（予測軌道生成モード）
［フローチャートによる第２実施例の説明］
この第２実施例に係るＰｔ生成モード（予測軌道生成モード）は、上述した第１実施例に係るＳｔ生成モード（目標軌道生成モード）に比較して、非自動運転時における演算のための電力消費量が小さいので、例えば残容量センサ１２２により検出されている蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈ以下（ＳＯＣ≦ＳＯＣｔｈ）の場合に実行される。

ステップＳ１１にて、統括制御部７０は、最新の自車状態情報Ｉｖｈを目標軌道生成部７３に送信し、該目標軌道生成部７３で予測軌道Ｐｔを生成させる。生成された予測軌道Ｐｔを車両制御部１１０に送信させる。

この場合、予測軌道Ｐｔは、演算周期Ｔｏｃに同期して、演算周期Ｔｏｃ毎に、所定時間Ｔｐｔ分、例えば、演算周期Ｔｏｃ×３（Ｔｐｔ＝３×Ｔｏｃ）分生成される。

予測軌道Ｐｔは、最新の車両状態の自車状態情報Ｉｖｈ、特に、速度ｖｓ、加速度Ｖａ、及び操舵角δｓｔに基づき、通信遅延と演算時間の遅れを考慮した所定時間Ｔｐｔ（実験乃至シミュレーションにより求める。）後の自車状態を線形予測し、その間を繋ぐ軌道であるので、予測した時点では、最新の自車状態情報Ｉｖｈに一致した軌道になっているが、環境マップ情報Ｉｅｍを利用した車両１０が前に進むことができる軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔではないので、時間が経過するに従い、実際の車両１０の車両状態（ここでは、理想軌道Ｐｉｄｅａｌという。）からずれてくることに留意する。

次いで、ステップＳ１２にて、統括制御部７０は、自動運転スイッチ２２がオン状態の自動運転モードに設定されているか否かを判定する。

自動運転スイッチ２２がオフ状態の非自動運転モードに設定されている（ステップＳ１２：ＮＯ）場合、ステップＳ１１の予測軌道Ｐｔの生成処理が繰り返される。このように、予測軌道Ｐｔの生成処理を演算周期Ｔｏｃ毎に行うことで、少なくとも、予測軌道Ｐｔの生成時点では、予測軌道Ｐｔは模範ドライバ等の走行軌道に一致した理想軌道ｐｉｄｅａｌにリセットされる。

統括制御部７０は、自動運転スイッチ２２がオン状態の自動運転モードに設定されている（ステップＳ１２：ＹＥＳ）場合、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈ以下であっても、ステップＳ１３にて、この制限を解除するとともに、認識結果受信部５２、環境マップ生成部５４、目標軌道生成部７３に対し、それぞれ、演算指令Ａａ、Ａｂ、Ａｅを送出する。

ステップＳ１４にて、車両制御部１１０に対し自動運転開始指令Ａｄｃｏｍを送信することで車両１０は、自動運転モードに切り替えられる（非自動運転モードから自動運転モードに遷移されるともいう。）。

これにより車両制御部１１０は、最新の自車状態情報Ｉｖｈから予測された予測軌道Ｐｔ（ステップＳ１１で生成済み。）に応じた車両制御値Ｃｖｈをアクチュエータ２７（駆動力装置２８、操舵装置３０及び制動装置３２）に出力することで、手動運転から自動運転に瞬時且つ円滑に遷移できる。

次いで、ステップＳ１５にて、ステップＳ１３での演算指令Ａａ、Ａｂ、Ａｅの送出に基づく目標軌道Ｓｔが生成された否かが確認され、目標軌道Ｓｔが生成されるまでは、予測軌道Ｐｔにより自動運転を継続し（ステップＳ１５：ＮＯ）、目標軌道Ｓｔが生成された（ステップＳ１５：ＹＥＳ）以降は、目標軌道Ｓｔに基づく自動運転が行われる。

［タイムチャートによる第２実施例の説明］
図６のタイムチャートを参照して、非自動運転モードから自動運転モードへの遷移動作について説明する。なお、図６のタイムチャートにおいて、図４のタイムチャートに示した時点と対応する時点には、同一の符号を付けている。

ここで、図６中、下側のタイムチャートは、予測軌道Ｐｔの理想軌道Ｐｉｄｅａｌからのずれ量（偏差）を示す概念図である。

図６中、時点ｔ０にて、自動運転スイッチ２２の操作により自動運転モード（自動運転 オン状態）に切り替えられる（ステップＳ１２：ＹＥＳ対応）。

この場合、時点ｔ−４、時点ｔ−３、時点ｔ−２、及び時点ｔ−１にてそれぞれ予測軌道Ｐｔ（ｔ−４）、予測軌道Ｐｔ（ｔ−３）、予測軌道Ｐｔ（ｔ−２）、及び予測軌道Ｐｔ（ｔ−１）が生成される。

予測軌道Ｐｔは、生成された時点では、理想軌道Ｐｉｄｅａｌにリセットされ一致するが、生成された時点から時間が経過するに従い理想軌道Ｐｉｄｅａｌからの偏差が大きくなる。

時点ｔ０で自動運転が開始されたとき、目標軌道Ｓｔが適用される時点ｔ２までの時点ｔ０から時点ｔ２までの間、予測軌道Ｐｔ（ｔ−１）が適用され、該予測軌道Ｐｔ（ｔ−１）に基づく自動運転が継続される。

時点ｔ１近傍にて、統括制御部７０は、認識結果受信部５２、環境マップ生成部５４、及び目標軌道生成部７３に対し、それぞれ、外界認識情報Ｉｐｒの生成を要求する演算指令Ａａ、環境マップ情報Ｉｅｍの生成を要求する演算指令Ａｂ、及び目標軌道Ｓｔの生成を要求する演算指令Ａｅを送出する（ステップＳ１３対応）。

これらの要求に応じて、目標軌道生成部７３は、時点ｔ２の直前に生成した目標軌道Ｓｔを統括制御部７０及び車両制御部１１０に送出する。

これにより、時点ｔ２以降、車両１０の予測軌道Ｐｔが理想軌道Ｐｉｄｅａｌに近づく目標軌道Ｓｔに切り替えられる。

このようにこの第２実施例では、自動運転モードが開始されていない状態でも、目標軌道生成部７３にて最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づいて、連続的に、予測軌道Ｐｔの生成を行っている。その結果、通信遅延や演算時間遅れが存在したとしても、その間の予測軌道Ｐｔを車両制御部１１０に送信しているので、走行中に手動運転から自動運転に移行する際、車両１０が瞬時且つ円滑に自動運転を開始することができる。

［まとめ］
以上説明したように、上述した実施形態によれば、自動運転可能な車両１０を制御する車両制御装置１２は、外界認識情報Ｉｐｒと自車状態情報Ｉｖｈとに基づき環境マップ情報（局所環境マップ情報）Ｉｅｍを生成する環境マップ生成部（局所環境マップ生成部）５４と、自車状態情報Ｉｖｈと環境マップ情報Ｉｅｍに基づき、演算周期（第１周期）Ｔｏｃで、該演算周期（第１周期）Ｔｏｃを分割した第２周期（Ｔｏｃ／５）の軌道点列Ｐｊからなる目標軌道Ｓｔを生成する目標軌道生成部７３と、目標軌道Ｓｔに基づき自動運転を行うかドライバ操作による手動運転を行う車両制御部１１０と、前記自動運転と前記手動運転とを切り替える自動・手動切替部としての自動運転スイッチ２２と、これらを制御する統括制御部７０と、を備える。

この場合において、統括制御部７０は、自車１０の走行中に、前記手動運転から前記自動運転への切り替わりを検出したときの第２周期（Ｔｏｃ／５）の終了タイミング（図４、図６の時点ｔ０）以降、演算周期（第１周期）Ｔｏｃ分の終了タイミング（図４、図６の時点ｔ２）まで前回の目標軌道Ｓｔ又は最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づく予測軌道Ｐｔによる自動運転を行い、演算周期（第１周期）Ｔｏｃ分の終了タイミング（時点ｔ２）以降は、順次生成される目標軌道Ｓｔに沿って自動運転を継続するように制御している。

この実施形態によれば、走行中の自動運転スイッチ２２の操作による手動運転（自動運転オフ状態）から自動運転（自動運転オン状態）への切替時に、自動運転オフ状態から生成していた前回の目標軌道Ｓｔ又は最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づき生成された予測軌道Ｐｔにより自動運転に移行するので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

この場合、目標軌道生成部７３は、自動・手動の切替に拘わらず、連続的に目標軌道Ｓｔを生成する構成（図３、図４）であるとき、統括制御部７０は、手動運転から自動運転への切り替わり時に、第２周期（Ｔｏｃ／５）の終了タイミング（時点ｔ０）以降、演算周期（第１周期＝Ｔｏｃ）分（Ｔｏｃ分）の終了タイミング（時点ｔ２）まで、前記演算周期（第１周期）Ｔｏｃで算出されていた目標軌道Ｓｔの残り分を用いて自動運転を行い、演算周期（第１周期、Ｔｏｃ）分（Ｔｏｃ分）の終了タイミング（時点ｔ２）以降、順次生成される目標軌道Ｓｔに沿って自動運転を行うように制御してもよい。

このように、手動運転から自動運転への切替時に、既に算出されていた目標軌道Ｓｔによる自動運転に直ちに移行するので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

なお、目標軌道生成部７３が、自動運転への切替時前には、最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づく予測軌道Ｐｔを連続的に生成し、自動運転への切替時以降は、目標軌道Ｓｔを連続的に生成する構成（図５、図６）であるとき、統括制御部７０は、手動運転から自動運転への切り替わり時に、第２周期（Ｔｏｃ／５）の終了タイミング以降、演算周期（第１周期、Ｔｏｃ）分（Ｔｏｃ分）の終了タイミング（時点ｔ２）まで、最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づき生成した予測軌道Ｐｔにより自動運転を開始し、演算周期（第１周期、Ｔｏｃ）分（Ｔｏｃ分）の終了タイミング（時点ｔ２）以降、目標軌道Ｓｔによる自動運転を継続するように制御してもよい。

このように、手動運転から自動運転への切替時に、最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づき生成された予測軌道Ｐｔにより自動運転を開始し、以降、目標軌道Ｓｔにより自動運転を継続するように制御しているので、手動運転から自動運転に移行する際、瞬時且つ円滑に移行することができる。

なお、予測軌道Ｐｔは、少なくとも演算周期（第１周期、Ｔｏｃ）分に相当する時間遅れを見込んだ分とすることで、以降、目標軌道Ｓｔによる自動運転を継続することができる。

この実施形態では、さらに、車両制御装置１２に電力を供給する蓄電装置１２４を備えている。車両制御部１１０は、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈ以上の場合に、目標軌道Ｓｔに基づき前記自動運転を開始し、閾値残容量ＳＯＣｔｈ未満の場合に、予測軌道Ｐｔに基づき自動運転を開始するようにしている。

このように、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈ以上で、電力に余裕がある場合には、走行中、常時、目標軌道Ｓｔを生成し、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣが閾値残容量ＳＯＣｔｈ未満で、電力に余裕がない場合には、目標軌道Ｓｔの常時生成を禁止するようにしたので、蓄電装置１２４の残容量ＳＯＣに応じた自動運転を行うことができる。なお、切り替わり時に、最新の目標軌道Ｓｔで自動運転を行う方が、最新の自車状態情報Ｉｖｈに基づく予測軌道Ｐｔで自動運転を行うことに比較して、より車両軌跡を滑らかにすることができる。

なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (5)

1. 外界認識情報（Ｉｐｒ）と自車状態情報（Ｉｖｈ）とに基づき環境マップ情報（Ｉｅｍ）を生成する環境マップ生成部（５４）と、
   前記自車状態情報（Ｉｖｈ）と前記環境マップ情報（Ｉｅｍ）に基づき、第１周期で、該第１周期を分割した第２周期の軌道点列からなる目標軌道（Ｓｔ）を生成する目標軌道生成部（７３）と、
   前記目標軌道（Ｓｔ）に基づき自動運転を行うか、ドライバ操作による手動運転を行う車両制御部（１１０）と、
   前記自動運転と前記手動運転とを切り替える自動・手動切替部と、
   これらを制御する統括制御部（７０）と、を備え、
   前記統括制御部（７０）は、
   自車の走行中に、前記手動運転から前記自動運転への切り替わりを検出したときの前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで前回の前記目標軌道（Ｓｔ）又は最新の前記自車状態情報（Ｉｖｈ）に基づく予測軌道（Ｐｔ）による前記自動運転を行うように制御し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降は、順次生成される前記目標軌道（Ｓｔ）に沿って自動運転を行うように制御する
   ことを特徴とする車両制御装置（１２）。
2. 請求項１に記載の車両制御装置（１２）において、
   前記目標軌道生成部（７３）は、前記自動・手動切替部の切替に拘わらず、連続的に前記目標軌道（Ｓｔ）を生成するものであり、
   前記統括制御部（７０）は、
   前記手動運転から前記自動運転への切り替わり時に、前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで、前記第１周期で算出されていた前記目標軌道（Ｓｔ）の残り分を用いて前記自動運転を行うように制御し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降、順次生成される前記目標軌道（Ｓｔ）に沿って自動運転を行うように制御する
   ことを特徴とする車両制御装置（１２）。
3. 請求項１に記載の車両制御装置（１２）において、
   前記目標軌道生成部（７３）は、前記自動・手動切替部による前記自動運転への切替時前には、最新の前記自車状態情報（Ｉｖｈ）に基づく前記予測軌道（Ｐｔ）を連続的に生成し、前記自動運転への切り替わり時以降、前記目標軌道（Ｓｔ）を連続的に生成するものであり、
   前記統括制御部（７０）は、
   前記手動運転から前記自動運転への切り替わり時に、前記第２周期の終了タイミング以降、前記第１周期分の終了タイミングまで、前記予測軌道（Ｐｔ）により自動運転を開始し、前記第１周期分の前記終了タイミング以降、前記目標軌道（Ｓｔ）による自動運転を継続するように制御する
   ことを特徴とする車両制御装置（１２）。
4. 請求項３に記載の車両制御装置（１２）において、
   前記予測軌道（Ｐｔ）は、少なくとも前記第１周期分に相当する時間遅れを見込んだ分とされる
   ことを特徴とする車両制御装置（１２）。
5. 請求項１に記載の車両制御装置（１２）において、
   該車両制御装置（１２）に電力を供給する蓄電装置（１２４）を備え、
   前記車両制御部（１１０）は、
   前記蓄電装置（１２４）の残容量が閾値残容量以上の場合に、前記目標軌道（Ｓｔ）に基づき前記自動運転を開始し、前記閾値残容量未満の場合に、前記予測軌道（Ｐｔ）に基づき自動運転を開始する
   ことを特徴とする車両制御装置（１２）。

Images