JP6664424B2 - 車両走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前方車両に追従走行するように自動運転機能を有する車両の走行動作を制御する車両走行制御装置に関する。

この種の装置として、従来、スイッチ操作に応じて通常追従モードとエコ追従モードのいずれかを設定し、通常追従モードのときは、通常モードに対応する加速で先行車両を追従するとともに、エコ追従モードのときは、通常追従モードよりも小さい加速で先行車両を追従す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）。

特許文献１：特開２００９−１１３７６３号公報

しかしながら、一定車速での走行の頻度が多い、あるいは加減速の頻度が多いなどの走行パターンは、先行車両毎に異なる。このため、上記特許文献１記載の装置のように、スイッチ操作に応じて加速性能の異なるモードを設定したのでは、加速性能が不十分で先行車両を適切に追従走行することが困難なおそれがある。

本発明の一態様は、自動運転機能を有する自車両が前方車両に追従走行するように自車両の走行動作を制御する車両走行制御装置であって、前方車両の走行パターンを認識する走行パターン認識部と、手動運転モードと自動運転モードのいずれかを指令する手動自動切換指令部と、走行パターン認識部により認識された走行パターンに応じた加速性能を有する自動走行モードと、互いに異なる所定の加速性能を有する複数の所定走行モードと、を含む複数の走行モードの候補の中からドライバの選択操作に応じたいずれかの走行モードを選択する走行モード選択部と、走行モード選択部により選択された走行モードを設定するモード設定部と、手動自動切換指令部により自動運転モードが指令されるとき、モード設定部により設定された走行モードで自車両が前方車両に追従走行するように走行用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、自車両と前方車両との間の車間距離を検出する車間距離検出部と、自車両の周囲の道路情報を取得する道路情報取得部と、を備える。走行パターン認識部は、車間距離検出部により検出された車間距離の目標車間距離からの乖離の程度と道路情報取得部により取得された道路情報とに応じて走行パターンを認識する。

本発明によれば、前方車両の走行パターンに応じた適切な態様で、前方車両に追従走行することができる。

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の全体構成を概略的に示すブロック図。 図２の行動計画生成部で生成された行動計画の一例を示す図。 図２の記憶部に記憶されたシフトマップの一例を示す図。 本発明の実施形態に係る車両走行制御装置の示すブロック図。 目標車間距離に対する実車間距離の時間経過に伴う変化の一例を示す図。 自車両が前方車両に追従走行している状況を示す図。 実車間距離と目標車間距離との偏差の頻度を正規分布で示す図。 前方車両の加速度の頻度を示すヒストグラム。 （ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ追従率と追従評価値、距離偏差平均値と追従評価値、および加速度平均値と追従評価値の関係を示す図。 予め記憶部に記憶された追従評価値と応答性評価値との関係を示す図。 図５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。 本発明の実施形態に係る車両走行制御装置による時間経過に伴う走行モードの変化の一例を示すタイムチャート。

以下、図１〜図１３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から出力された回転を変速し、かつエンジン１から出力された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６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から出力された動力を、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、車両走行制御装置１００はコントローラ４０を中心として構成され、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、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。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３１１、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３１２、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３１３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。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３２１、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３２２の他、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。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（例えば手動自動切換スイッチ３３１、走行モード選択スイッチ３３２）、ドライバに表示画像を介して情報を提供する表示部３３３の他、ドライバが音声で指令を入力するマイク、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。

手動自動切換スイッチ３３１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。なお、手動自動切換スイッチ３３１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、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。

走行モード選択スイッチ３３２は、その操作に応じて、複数の走行モードの中から１つの走行モードの選択を指令する。複数の走行モードには、例えば燃費性能と動力性能とを両立したノーマルモード、動力性能よりも燃費性能を優先したエコモード、燃費性能よりも動力性能を優先したスポーツモード、および走行モードを自動で設定する自動走行モードが含まれる。走行モード選択スイッチ３３２は、これら複数の走行モードの中から走行モード選択スイッチ３３２の操作に応じた走行モードを指令する。

エコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードは、手動運転モードと自動運転モードとでそれぞれ選択可能であり、自動走行モードは、自動運転モードのみで選択可能である。手動運転モードから自動運転モードへの切換時には、手動運転モードでの走行モードの選択がリセットされ、自動走行モードが自動的に選択される。その後、走行モード選択スイッチ３３２が操作されると、その操作に応じた走行モードを選択できる。自動運転モードから手動運転モードへの切換時には、ノーマルモードに自動的に切り換わる。

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、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、制動装置を作動するブレーキ用アクチュエータ３８、ステアリング装置を駆動する操舵用アクチュエータ３９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、表示制御部４７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３１１、レーダ３１２、カメラ３１３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。したがって、所定時間Ｔ内に目標車速まで加速する場合、目標車速のデータが行動計画に含まれる。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。

図３は、行動計画生成部４５で生成された行動計画の一例を示す図である。図３では、自車両１０１が車線変更して前方車両１０２を追い越すシーンの走行計画が示される。図３の各点Ｐは、現時点から所定時間Ｔ先までの単位時間Δｔ毎の位置データに対応し、これら各点Ｐを時刻順に接続することにより、目標軌道１０３が得られる。なお、行動計画生成部４５では、追い越し走行以外に、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が生成される。

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、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１０３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。例えば、単位時間Δｔ毎に図３の各点Ｐを自車両１０１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３８、および操舵用アクチュエータ３９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、行動計画生成部４５で生成された行動計画のうち、目標軌道１０３（図３）上の単位時間Δｔ毎の各点Ｐの車速に基づいて、単位時間Δｔ毎の加速度（目標加速度）を算出する。さらに、道路勾配などにより定まる走行抵抗を考慮してそ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。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。

表示制御部４７は、入出力装置３３に制御信号を出力し、運転席前方に配置された表示部３３３（図２）の表示形態を制御する。

走行制御部４６による変速機２の制御について、具体的に説明する。走行制御部４６は、予め記憶部４２に記憶された変速動作の基準となるシフトマップを用いて、変速用アクチュエータ２３に制御信号を出力し、これにより変速機２の変速動作を制御する。

図４は、記憶部４２に記憶されたシフトマップの一例、特に自動運転モードでのエコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードにそれぞれ対応したシフトマップの一例を示す図である。図中、横軸は車速Ｖ、縦軸は要求駆動力Ｆである。なお、要求駆動力Ｆはアクセル開度（自動運転モードでは擬似的アクセル開度）またはスロットル開度に一対一で対応し、アクセル開度またはスロットル開度が大きくなるに従い要求駆動力Ｆは大きくなる。したがって、縦軸をアクセル開度またはスロットル開度に読み替えることもできる。

特性ｆ１、ｆ２、ｆ３は、それぞれエコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードにおけるｎ＋１段からｎ段へのダウンシフトに対応するダウンシフト線の一例であり、特性ｆ４、ｆ５、ｆ６は、それぞれエコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードにおけるｎ段からｎ＋１段へのアップシフトに対応するアップシフト線の一例である。スポーツモードの特性ｆ３，ｆ６は、それぞれノーマルモードの特性ｆ２，ｆ５よりも高車速側にずらして設定され、エコモードの特性ｆ１，ｆ４は、それぞれノーマルモードの特性ｆ２，ｆ５よりも低車速側にずらして設定される。

図４に示すように、例えば作動点Ｑ１からのダウンシフトに関し、要求駆動力Ｆが一定のまま車速Ｖが減少して、作動点Ｑ１がダウンシフト線（特性ｆ１，ｆ２，ｆ３）を超えると（矢印Ａ）、変速機２がｎ＋１段からｎ段へとダウンシフトする。車速Ｖが一定のまま要求駆動力Ｆが増加した場合も、作動点Ｑ１がダウンシフト線を超えて、変速機２がダウンシフトする。

一方、例えば作動点Ｑ２からのアップシフトに関し、要求駆動力Ｆが一定のまま車速Ｖが増加して、作動点Ｑ２がアップシフト線（特性ｆ４，ｆ５，ｆ６）を越えると（矢印Ｂ）、変速機２はｎ段からｎ＋１段へとアップシフトする。車速Ｖが一定のまま要求駆動力Ｆが減少した場合も、作動点Ｑ２がアップシフト線を越えて変速機２がアップシフトする。なお、変速段が大きいほど（ハイ側であるほど）、ダウンシフト線およびアップシフト線は、高車速側にずらして設定される。

ノーマルモードの特性ｆ２，ｆ５は、動力性能と燃費性能とを両立させる特性である。これに対し、エコモードの特性ｆ１，ｆ４は、動力性能よりも燃費性能や静粛性能を重視した特性であり、スポーツモードの特性ｆ３，ｆ６は、燃費性能よりも動力性能を重視した特性である。特性ｆ１，ｆ４は、特性ｆ２，ｆ５よりも低車速側に設定されるため、エコモード時にはノーマルモード時よりもアップシフトのタイミングが早く、かつ、ダウンシフトのタイミングが遅い。このため、ノーマルモード時よりもハイ側の変速段で走行されやすく、加速応答性が低い。一方、特性ｆ３，ｆ６は特性ｆ２，ｆ５よりも高車速側に設定されるため、スポーツモード時にはノーマルモード時よりもアップシフトのタイミングが遅く、かつ、ダウンシフトのタイミングが早い。このため、ノーマルモード時よりもロー側の変速段で走行されやすく、加速応答性が高い。

図示は省略するが、記憶部４２には、手動運転モードにおけるエコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードのシフトマップも記憶される。これら手動運転モードにおける各モードの特性は、例えば自動運転モードにおける各モードの特性と同一である。なお、自動運転モードにおける特性と手動運転モードにおける特性とが異なっていてもよい。

このような車両走行制御装置１００において、前方車両の走行パターンは、前方車両の特性や前方車両を運転するドライバの特性（癖など）によって定まる。具体的には、前方車両の走行パターンとして、一定速度で走行する頻度が多い、加減速走行の頻度が多い等、種々の走行パターンが考えられる。したがって、自動運転モードで自車両が前方車両に自動で追従走行するとき、前方車両の走行パターンに応じた加速応答性を有する走行モードが選択されないと、実車間距離と目標車間距離との乖離の程度が大きくなり、良好な追従走行を行うことが困難となる。そこで、本実施形態は、以下のように車両走行制御装置１００を構成する。

図５は、本発明の実施形態に係る車両走行制御装置の要部構成、特に図２とは異なる観点でのコントローラ４０の機能的構成を示すブロック図である。図５に示すように、コントローラ４０は、車間距離検出部５１と、走行パターン認識部５２と、道路情報取得部５３と、モード設定部５４と、アクチュエータ制御部５５とを有する。このうち、車間距離検出部５１と走行パターン認識部５２とは、例えば図２の外界認識部４４により構成され、道路情報取得部５３は例えば自車位置認識部４３により構成され、モード設定部５４は例えば行動計画生成部４５により構成され、アクチュエータ制御部５５は例えば走行制御部４６により構成される。

車間距離検出部５１は、レーダ３１２やカメラ３１３からの信号に基づいて自車両と前方車両との間の実車間距離Ｌを検出する。

走行パターン認識部５２は、車間距離Ｌの目標車間距離Ｌａからの乖離の程度（追従率αＡ）に応じて、前方車両の走行パターンを認識する。より具体的には、走行パターン認識部５２は、まず、実車間距離Ｌと車速センサ３２１により検出された車速に応じた目標車間距離Ｌａとの偏差、すなわち距離偏差ΔＬ（＝Ｌ−Ｌａ）を算出する。

図６は、目標車間距離Ｌａに対する実車間距離Ｌの時間経過に伴う変化の一例を示す図である。図６では、実車間距離Ｌの目標車間距離Ｌａに対するプラス（Ｌ＞Ｌａ）またはマイナス（Ｌ＜Ｌａ）の偏差ΔＬが生じている。走行パターン認識部５２は、例えば偏差ΔＬの絶対値が所定値ΔＬａ（例えば目標車間距離Ｌａの５％）内である時間を算出し、この時間を全体の走行時間で除算することにより、追従率αＡ（％）を算出する。なお、距離偏差ΔＬの絶対値が大きいほど追従率αＡが小さくなるように、距離偏差ΔＬの大きさに重み付けを付してもよい。

このような追従率αＡは、道路状況に影響を受ける。図７は、自車両が前方車両に追従走行している状況を示す図である。図７に示すように、前方車両１０２がカーブ路１０４に接近すると、前方車両１０２は減速するため、自車両１０１と前方車両１０２との車間距離Ｌが狭くなる。その後、前方車両１０２がカーブ路１０４を通過して加速すると、自車両１０１と前方車両１０２との車間距離Ｌが広くなる。このような車間距離Ｌの変化は、道路状況に起因するものであり、車間距離Ｌの変化に応じて追従率αＡが変化する。したがって、走行パターン認識部５２が前方車両１０２の走行パターンを精度よく認識するためには、道路状況を考慮する必要がある。この点を考慮して、コントローラ４０は道路情報取得部５３を有する。

道路情報取得部５３は、自車両の周囲の道路情報を取得する。具体的には、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を認識する。走行パターン認識部５２は、道路情報取得部５３により取得された自車両の周囲に道路情報（地図上の自車両の位置）に応じて追従率αＡを算出する。例えば、道路情報取得部５３によりカーブ路１０４の情報が得られたときは、距離偏差ΔＬに、０より大きくかつ１より小さい所定係数を乗じて、距離偏差ΔＬを補正する。あるいは追従率αＡに直接係数（この場合には１より大きい所定係数）を乗じて追従率αＡを補正する。これにより前方車両の走行パターンを精度よく認識することができる。

走行パターン認識部５２は、実車間距離Ｌと目標車間距離Ｌａとの偏差ΔＬの頻度が正規分布で表されるとき、例えばその平均値（距離偏差平均値αＢ）に応じて、前方車両の走行パターンを認識することもできる。図８は、距離偏差ΔＬの頻度が正規分布で表される例を示す図である。特性ｇ１は、距離偏差平均値αＢが０の例であり、特性ｇ２は、距離偏差平均値αＢが＋ΔＬ１の例である。なお、特性ｇ３（点線）は、距離偏差平均値αＢが０で、かつ、特性ｇ１よりも分散が大きい特性である。分散は、前方車両に対する加速遅れや減速遅れの程度を表す。したがって、走行パターン認識部５２は、距離偏差平均値αＢだけでなく、正規分布の分散の大きさを考慮して走行パターンを認識してもよい。なお、この場合も、カーブ路等の道路状況に応じて、距離偏差平均値αＢに係数を乗じ、距離偏差平均値αＢを補正することが好ましい。

走行パターン認識部５２は、追従率αＡや距離偏差平均値αＢに代えて、例えば加速度の大きさ（絶対値）の平均値（加速度平均値αＣ）に応じて、前方車両の走行パターンを認識してもよい。前方車両の加速度は、例えば車間距離検出部５１で検出された実車間距離Ｌを時間で２階微分して自車両に対する相対加速度を算出し、この相対加速度に加速度センサ３２２で検出された自車両の加速度を加算することにより求めることができる。図９は、前方車両の加速度Ｇの頻度（度数）分布を示すヒストグラムである。走行パターン認識部５２は、図９に示す加速度Ｇ１〜Ｇ６にそれぞれの頻度を乗算し、その加速度毎の乗算値の総和（図９の例ではＧ１×Ｎ１＋Ｇ２×Ｎ１＋Ｇ３×Ｎ３＋・・・）を、頻度の合計値（図９の例ではＮ１＋Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ２＋Ｎ４＋Ｎ２）で除算することにより、加速度平均値αＣを算出する。なお、この場合も、カーブ路等の道路状況に応じて、加速度平均値αＣに係数を乗じ、加速度平均値αＣを補正することが好ましい。

以上のようにして算出した追従率αＡ、距離偏差平均値αＢあるいは加速度平均値αＣを用いて、走行パターン認識部５２は、前方車両の走行パターンを数値化した追従評価値βを算出する。追従評価値βは、自車両の走行パターンと前方車両の走行パターンとの差異の程度を表す値であり、追従評価値βが小さいほど走行パターンの差異の程度が小さく、追従走行しやすい。追従評価値βは、例えば最小値が０で最大値が１００として定義される。

図１０の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ追従率αＡと追従評価値β、距離偏差平均値αＢと追従評価値β、および加速度平均値αＣと追従評価値βの関係を示す図である。これらの特性は、予め記憶部４２に記憶される。図１０（ａ）に示すように、追従率αＡが大きいほど追従評価値βは小さく、追従率αＡが１００（％）のとき、追従評価値βは０となる。図１０（ｂ）に示すように、距離偏差平均値αＢが大きいほど、追従走行しにくいため追従評価値βは大きく、距離偏差平均値αＢが０のとき、追従評価値βは０となる。図１０（ｃ）に示すように、加速度平均値αＣが大きいほど、追従走行しにくいため追従評価値βは大きく、加速度平均値αＣが０のとき、追従評価値βは０となる。なお、追従評価値βの特性は、図１０に示すような直線でなく、曲線であってもよい。

モード設定部５４は、走行パターン認識部５２により認識された走行パターン、すなわち追従評価値βに応じた加速性能（加速応答性）を有する走行モードを設定する。図１１は、予め記憶部４２に記憶された追従評価値βと加速応答性を数値化した応答性評価値γとの関係を示す図である。図１１に示すように、応答性評価値γは、追従評価値βがβ１未満の範囲で最小（γ１）であり、追従評価値βがβ１以上かつβ２未満の範囲で徐々に増加する。さらに、追従評価値βがβ２以上かつβ３未満の範囲で、応答性評価値γは一定（γ２）となり、追従評価値βがβ３以上かつβ４未満の範囲で徐々に増加し、追従評価値βがβ４以上の範囲で最大（γ３）となる。

応答性評価値γ１、γ２、γ３は、それぞれエコモード、ノーマルモード、スポーツモードに対応する。したがって、モード設定部５４は、追従評価値βがβ１未満（エコ範囲）のとき走行モードをエコモードに設定し、β２以上かつβ３未満（ノーマル範囲）のときノーマルモードに設定し、β４以上（スポーツ範囲）のときスポーツモードに設定する。

さらに、追従評価値βがエコ範囲とノーマル範囲との間（例えばβ１０）であるとき、応答性評価値γはγ１とγ２の間の値（γ１０）となり、モード設定部５４は、この応答性評価値γ１０に応じた走行モードを設定する。具体的には、図４のエコモードの特性ｆ１とノーマルモードの特性ｆ２の間にダウンシフトの特性を、エコモードの特性ｆ４とノーマルモードの特性ｆ５の間にアップシフトの特性を設定する。

また、追従評価値βがノーマル範囲とスポーツ範囲との間（例えばβ２０）であるとき、応答性評価値γはγ２とγ３の間の値（γ２０）となり、モード設定部５４は、この応答性評価値γ２０に応じた走行モードを設定する。具体的には、図４のノーマルモードの特性ｆ２とスポーツモードの特性ｆ３の間にダウンシフトの特性を、ノーマルモードの特性ｆ５とスポーツモードの特性ｆ６の間にアップシフトの特性を設定する。

このように本実施形態では、追従評価値がβ１以上かつβ２未満、およびβ３以上かつβ４未満の範囲で、追従評価値βに応じて応答性評価値γがγ１とγ２との間、およびγ２とγ３との間でリニアに定められ、この応答性評価値γに応じて走行モードが設定される。このため、エコモード、ノーマルモードおよびスポーツモード以外の走行モードを設定することができる。すなわち、エコモードとノーマルモードの間を補間およびノーマルモードとスポーツモードの間を補間する走行モードを設定することができる。したがって、エコモードとノーマルモードの間およびノーマルモードとスポーツモードの間で、前方車両の走行パターンに応じて加速応答性を細かく変更することができる。

アクチュエータ制御部５５は、モード設定部５４により設定された走行モードで自車両が前方車両に追従走行するようにスロットル用アクチュエータ１３および変速用アクチュエータ２３などを制御する。これにより、例えば前方車両が加減速の頻度が多い走行パターンであるとき、自車両は加速応答性の高いローギア側の変速段で走行する頻度が高まる。このため、自車両は前方車両の走行パターンに対応した加速応答性を発揮することができ、良好に追従走行することができる。

図１２は、予め記憶部４２（図２）に記憶されたプログラムに従いコントローラ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、例えば手動自動切換スイッチ３３１の切換により、自動運転モードでの運転が指令されると開始される。

まず、ステップＳ１で、走行パターン認識部５２が、例えば自車両と前方車両との間の車間距離Ｌの目標車間距離Ｌａからの乖離の程度（追従率αＡ）に応じて、前方車両の走行パターンを認識する。すなわち、走行パターンを数値化した追従評価値βを算出する。なお、追従率αＡではなく、距離偏差平均値αＢや加速度平均値αＣに応じて前方車両の走行パターンを認識してもよい。走行パターンの認識にあたっては、道路状況を考慮して追従率αＡ等を補正することが好ましい。

次いで、ステップＳ２で、モード設定部５４が、予め記憶された図１１の特性に基づき、ステップＳ１で算出された追従評価値βに応じた加速応答性を有する走行モードを算出する。より厳密には、走行モードに対応する応答性評価値γを算出する。

次いで、ステップＳ３で、走行モード選択スイッチ３３２により、自動走行モードが選択されているか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、モード設定部５４がステップＳ２で算出された走行モードを設定する。このとき、現在の走行モードの応答性評価値γと算出された走行モードの応答性評価値γとの差異が大きいとき、現在の走行モードから算出された走行モードへと走行モード（応答性評価値γ）を徐々に移行させる。これにより自車両の挙動の急激な変化を避けることができる。

次いで、ステップＳ５で、アクチュエータ制御部５５が、設定された走行モードで自車両が前方車両に追従走行するようにスロットル用アクチュエータ１３および変速用アクチュエータ２３などに制御信号を出力する。

一方、ステップＳ３で否定されるとステップＳ６に進み、モード設定部５４が走行モード選択スイッチ３３２により選択された走行モード、すなわちエコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードのうちの選択された走行モードを設定する。次いで、ステップＳ７で、ステップＳ６で設定された走行モードに対応する応答性評価値γとステップＳ２で算出された走行モードに対応する応答性評価値γとの差異が所定値以上であるか否か、すなわち走行モードの乖離が大きいか否かを判定する。

ステップＳ７で肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ８では、表示制御部４７が表示部３３３に制御信号を出力し、現在の走行モードとステップＳ２で算出された自動走行モードとの差異が大きい旨を、表示部３３３を介してドライバに報知し、ステップＳ５に進む。

本実施形態に係る車両走行制御装置１００の動作をより具体的に説明する。図１３は、時間経過に伴う走行モードの変化の一例を示すタイムチャートである。なお、図中の実線の特性ｆ１１は、モード設定部５４により設定された実際の走行モード（実走行モードと呼ぶ）であり、点線の特性ｆ１２は、モード設定部５４で算出された走行モード（算出走行モードと呼ぶ）である。

手動運転モードにおいてスポーツモードで走行中に、時点ｔ１で手動自動切換スイッチ３３１により自動運転モードへの切換が指令されると、走行モードが自動走行モードに切り換わる（ステップＳ３）。この時点ｔ１では、実走行モード（スポーツモード）と算出走行モードとの間に差があるが、時間経過に伴い実走行モードが算出走行モードに徐々に近づき、時点ｔ２で実走行モードが算出走行モードに一致する。その後、時点ｔ３に到るまで、実走行モードが算出走行モードの変化に追従して変化する。

これにより、実走行モードが前方車両の走行パターンに応じた算出走行モードに自動的に設定されるため、前方車両の走行パターンに応じた加速応答性で、自車両は適切に追従走行することができる。また、自車両の走行モードは、エコモード、ノーマルモード、スポーツモードに限らず、これら各モードを補間するリニアな特性（図１１）に沿って設定されるので、追従走行に適した自車両の最適な走行モードを設定することができる。さらに、自動運転モードへ切り換えられると、それ以前の走行モード（スポーツモード）がキャンセルされて自動走行モードに切り換わるので、ドライバが走行モード選択スイッチ３３２を操作する必要がなく、最適な自動運転モードを実現できる。

時点ｔ３で、走行モード選択スイッチ３３２の操作によりエコモードが選択されると、実走行モードがエコモードへと徐々に移行し、時点ｔ４でエコモードに切り換わる（ステップＳ６）。これによりドライバの好みに応じた加速応答性を選択することができ、ドライバにとって好ましい走行フィーリングが得られる。このとき、表示制御部４７は、実走行モードと算出走行モードとの偏差（応答性評価値γの差Δγ）を監視し、偏差Δγが所定値以上になると、エコモードから自動走行モードへの切換を推奨する旨を、表示部３３３を介してドライバに報知する（ステップＳ８）。これによりドライバは自動走行モードへの切換が好ましいか否かを容易に認識することができる。

時点ｔ５でドライバが自動走行モードへの切換を指令すると、実走行モードが算出走行モードに徐々に近づき、時点ｔ６で実走行モードが算出走行モードに一致する。時点ｔ７で、手動自動切換スイッチ３３１により手動運転モードへの切換が指令されると、実走行モードは手動運転モードに切り換わる。このとき、手動運転モードは、ノーマルモードから開始される。

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１００は、自動運転機能を有する自車両が前方車両に追従走行するように自車両の走行動作を制御する。より具体的には、車両走行制御装置１００は、前方車両の走行パターンを認識する走行パターン認識部５２と、走行パターン認識部５２により認識された走行パターンに応じた加速性能（加速応答性）を有する走行モードを設定するモード設定部５４と、モード設定部５４により設定された走行モードで自車両が前方車両に追従走行するようにスロットル用アクチュエータ１３や変速用アクチュエータ２３などを制御するアクチュエータ制御部５５と、を備える（図２，５）。

これにより、前方車両の走行パターンに応じた加速性能を有する走行モードが自動的に設定されるため、前方車両に最適に追従走行することができる。すなわち、前方車両が加減速の頻度が高い運転をしているときには加速応答性が高く、反対に加減速の頻度が低い運転をしているときには加速応答性が低くなり、前方車両の走行パターンに合致した加速応答性で、自動運転により追従走行することができる。

（２）車両走行制御装置１００は、自車両と前方車両との間の車間距離Ｌを検出する車間距離検出部５１をさらに備える（図５）。走行パターン認識部５２は、車間距離検出部５１により検出された車間距離Ｌの目標車間距離Ｌａからの乖離の程度（追従率αＡ、距離偏差平均値αＢ、加速度平均値αＣ）に応じて走行パターンを認識する。これにより、加減速の頻度等の前方車両の走行パターンを良好に認識することができる。

（３）車両走行制御装置１００は、自車両の周囲の道路情報を取得する道路情報取得部５３をさらに備える（図５）。走行パターン認識部５２は、さらに道路情報取得部５３により取得された道路情報に応じて走行パターンを認識する。これにより、カーブ路等の走行時に車間距離が変動しやすいことが考慮されるので、前方車両の走行パターンを精度よく認識することができる。

（４）モード設定部５４は、動力性能よりも燃費性能を重視したエコモード、動力性能と燃費性能とを両立したノーマルモード、および燃費性能よりも動力性能を重視したスポーツモードを含み、かつ、これら各モードを補間する走行モードを含む複数の走行モードのうちの、走行パターン認識部５２により認識された走行パターンに応じた走行モードを設定する。これにより細かく定められた複数の走行モードの中から、最適な走行モードを設定することができる。

（５）車両走行制御装置１００は、手動運転モードと自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３３１と、エコモード、ノーマルモードおよびスポーツモードのいずれかを手動で選択する走行モード選択スイッチ３３２とをさらに備える（図２）。モード設定部５４は、手動自動切換スイッチ３３１により手動運転モードが指令されると、走行モード選択スイッチ３３２で選択された走行モードを設定し、その後、手動自動切換スイッチ３３１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、走行モード選択スイッチ３３２で選択された走行モードから、走行パターン認識部５２により認識された走行パターンに応じた加速性能を有する走行モードへと、走行モードを徐々に移行する。これにより、走行モードの急激な変更を抑えることができ、乗り心地性に悪影響を与えずにスムーズな車両の挙動を実現できる。

（６）モード設定部５４は、手動自動切換スイッチ３３１により自動運転モードが指令され、かつ、走行モード選択スイッチ３３２により走行モードが手動で選択されると、走行モード選択スイッチ３３２で選択された走行モードを設定する。これにより、自動運転モードであっても、ドライバの好みに応じた加速応答性を得ることができる。

（７）走行モード選択スイッチで選択された走行モードにより規定される加速性能（応答性評価値γ）と、走行パターン認識部５２により認識された走行パターンに応じた加速性能（応答性評価値γ）との差異が所定値以上であることを報知する表示部３３３および表示制御部４７をさらに備える（図２）。これにより、自動走行モードへ切り換えるべきか否かをドライバは容易に判断することができる。

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、追従率αＡ、距離偏差平均値αＢまたは加速度平均値αＣに基づいて走行パターン認識部５２が前方車両の走行パターンを認識するようにしたが、前方車両の走行パターンと相関関係を有する他のパラメータに基づいて前方車両の走行パターンを認識してもよく、走行パターン認識部の構成は上述したものに限らない。車間距離検出部５１や道路情報取得部５３を用いずに走行パターンを認識してもよい。

上記実施形態では、前方車両の走行パターンを数値化した追従評価値βと走行モードを数値化した応答性評価値γとの関係（図１１）に基づいてモード設定部５４が走行モードを設定するようにしたが、モード設定部の構成はこれに限らない。例えば自動走行モードにおいて、エコモード（第１走行モード）とノーマルモード（第２走行モード）との間およびノーマルモードとスポーツモード（第３走行モード）との間に走行モードが設定されるのではなく、予め定められた複数のモード（エコモード、ノーマルモード、スポーツモード）のいずれかに走行モードが設定されるようにしてもよい。

上記実施形態では、手動自動切換スイッチ３３１により手動運転モードと自動運転モードとの切換を指令するようにしたが、手動自動切換指令部の構成はこれに限らない。自車両を自動運転専用車両とした場合には、手動自動切換指令部を省略することもできる。上記実施形態では、走行モード選択スイッチ３３２によりエコモード、ノーマルモード、スポーツモード等を手動で選択するようにしたが、走行モード選択部で選択する走行モードはこれに限らない。例えば２つの走行モード、あるいは４つ以上の走行モードを選択するようにしてもよい。単一の走行モードのみが設定される構成とする場合には、走行モード選択部を省略することもできる。

上記実施形態では、表示制御部４７が表示部３３３に制御信号を出力して、走行モード選択スイッチ３３２で選択された走行モードにより規定される加速性能と、走行パターン認識部５２により認識された走行パターンに応じた加速性能との差異が所定値以上であることを報知するようにしたが、これを例えば音声で報知するようにしてもよく、報知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。

４０ コントローラ、４７ 表示制御部、５１ 車間距離検出部、５２ 走行パターン認識部、５３ 道路情報取得部、５４ モード設定部、５５ アクチュエータ制御部、１００ 車両走行制御装置、３３１ 手動自動切換スイッチ、３３２ 走行モード選択スイッチ、３３３ 表示部

Claims (5)

1. 自動運転機能を有する自車両が前方車両に追従走行するように前記自車両の走行動作を制御する車両走行制御装置であって、
   前記前方車両の走行パターンを認識する走行パターン認識部と、
   手動運転モードと自動運転モードのいずれかを指令する手動自動切換指令部と、
   前記走行パターン認識部により認識された走行パターンに応じた加速性能を有する自動走行モードと、互いに異なる所定の加速性能を有する複数の所定走行モードと、を含む複数の走行モードの候補の中からドライバの選択操作に応じたいずれかの走行モードを選択する走行モード選択部と、
   前記走行モード選択部により選択された走行モードを設定するモード設定部と、
   前記手動自動切換指令部により自動運転モードが指令されるとき、前記モード設定部により設定された走行モードで前記自車両が前記前方車両に追従走行するように走行用アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、
   前記自車両と前記前方車両との間の車間距離を検出する車間距離検出部と、
   前記自車両の周囲の道路情報を取得する道路情報取得部と、を備え、
   前記走行パターン認識部は、前記車間距離検出部により検出された車間距離の目標車間距離からの乖離の程度と前記道路情報取得部により取得された道路情報とに応じて走行パターンを認識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、
   前記複数の所定走行モードは、第１走行モードと、前記第１走行モードよりも加速応答性が高い第２走行モードと、前記第２走行モードよりも加速応答性が高い第３走行モードと、を含む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、
   前記走行用アクチュエータは、駆動源と、前記駆動源の動力を駆動輪に伝達する動力伝達経路に配置された有段変速機と、を有し、
   前記アクチュエータ制御部は、前記モード設定部により前記複数の所定走行モードのいずれかが設定されると、予め前記複数の所定走行モードのそれぞれに対応して定められたアップシフトおよびダウンシフトを規定する車速と要求駆動力とに応じたシフトマップの特性であり、前記第１走行モードに対応する第１特性、前記第１特性よりも高車速側に設定された前記第２走行モードに対応する第２特性、および前記第２特性よりも高車速側に設定された前記第３走行モードに対応する第３特性のいずれかに応じて、前記有段変速機の変速動作を制御することを特徴とする車両走行制御装置。
4. 請求項２または３に記載の車両走行制御装置において、
   前記モード設定部は、前記手動自動切換指令部により手動運転モードが指令されると、前記走行モード選択部により選択された前記複数の所定走行モードのいずれかを設定し、その後、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ると、手動運転モード時に設定された前記複数の所定走行モードのいずれかから、前記自動走行モードへと、走行モードを徐々に移行することを特徴とする車両走行制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両走行制御装置において、
   前記手動自動切換指令部により自動運転モードが指令され、かつ、前記走行モード選択部により前記複数の所定走行モードのいずれかが選択されたとき、選択された走行モードにより規定される加速性能を表す評価値と、前記走行パターン認識部により認識された走行パターンに応じた加速性能を表す評価値との差異が所定値以上であることを報知する報知部をさらに備えることを特徴とする車両走行制御装置。

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