JP6898645B2

JP6898645B2 - 自動操舵システム

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Publication number: JP6898645B2
Application number: JP2017163636A
Authority: JP
Inventors: 徳昭田口
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Description

本発明は、車両の操舵制御装置を制御する自動操舵システムに関する。

例えば特開２００２−１７５５９７号公報に開示されているように、車両前方の道路の形状等の車両の周囲の環境を認識する外部環境認識装置を備え、当該装置の認識結果に基づいて車両の自動運転を行う走行制御システムが知られている。

特開２００２−１７５５９７号公報

自動運転が可能な車両において、例えば外部環境認識装置の故障やケーブルの断線等により自動運転に関わる装置に障害が発生した場合、自動運転の制御が即時に異常終了する。車両の運転者が警告音等により自動運転の異常終了を認識して手動運転を開始するまでの間は、車両の操舵が行われないため、この期間中に車両の挙動が乱れてしまう場合がある。

本発明は前述した問題を解決するものであり、自動運転の異常終了時において車両の挙動を乱さずに手動運転に移行することのできる自動操舵システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様の自動操舵システムは、車両の舵角を変更するアクチュエータを備える操舵装置を制御する操舵制御装置と、前記車両の外部環境情報および地図情報の少なくとも一方から目標進路形状を算出し、当該目標進路形状および前記車両の挙動を検出する状態量検出装置から出力される状態量に基づき前記操舵制御装置を制御し、前記車両を前記目標進路形状に沿って走行させる自動操舵を行う操舵支援装置と、を備える自動操舵システムであって、前記操舵制御装置および前記操舵支援装置のいずれか一方は、前記外部環境情報および前記地図情報の少なくとも一方に基づいて、現在から所定の時間後までに前記車両が走行すると予測される距離内における、前記車両が走行中の自車線および前記自車線に隣接する１つまたは２つの隣接車線の形状および属性を示す車線形状情報を算出する車線形状算出部を備え、前記操舵制御装置は、現在から所定の時間後までの前記目標進路形状である将来進路形状と、前記状態量と、前記車線形状情報と、を記憶する記憶部と、前記操舵支援装置からの制御信号の入力が途絶する障害の発生を検出する異常診断部と、前記自動操舵時において、前記車両が前記自車線から前記隣接車線への車線変更動作中に前記障害が発生した場合に、前記車線形状情報に基づいて前記車線変更動作を継続するか否かを判定し、前記車線変更動作を継続しないと判定した場合には前記自車線の前記車線形状情報に基づいて前記記憶部に記憶されている前記将来進路形状を書き換える将来進路形状切替部と、前記自動操舵時において前記障害が発生した場合には、前記記憶部に記憶されている前記将来進路形状に沿って前記車両が走行するように前記操舵装置を制御する指示値演算部と、を備える。

本発明によれば、自動運転の異常終了時において車両の挙動を乱さずに手動運転に移行することのできる自動操舵システムを提供することができる。

自動操舵システムの構成を示すブロック図である。車線変更継続判定処理のフローチャートである。操舵制御装置の動作を示すフローチャートである。ネットワーク異常状態発生時における指示値演算部による、第３操舵指示値の算出方法の概要を示す図である。操舵指示異常状態発生時における指示値演算部による、第２操舵指示値の算出方法の概要を示す図である。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図１に示す本実施形態の自動操舵システム１００は、車両に搭載され、当該車両が備える操舵装置１の動作を制御する装置である。操舵装置１は、例えば電動アクチュエータを備え、電動アクチュエータの出力により車両の舵角を変更する電動パワーステアリング装置である。自動操舵システム１００は、操舵装置１を制御することにより、車両の自動運転機能および運転支援機能における自動操舵を実行する。

自動操舵システム１００は、操舵支援装置１０、および操舵制御装置２０を備える。また、車両は、操舵装置１、車外通信装置２、状態量検出装置３、報知部４および通信ネットワーク５を備える。

本実施形態では一例として、操舵支援装置１０、操舵制御装置２０、車外通信装置２および状態量検出装置３は、通信ネットワーク５に接続されており、当該通信ネットワーク５を介して互いにデータ通信を行う。

車外通信装置２は、無線通信装置を備え、車両の外部の通信装置との間で情報の送受信を行う。車外通信装置２は、通信エリア内に存在する他車両と直接的に通信を行う、いわゆる車車間通信を行う。また、車外通信装置２は、通信エリア内に存在する無線基地局との通信を行う、いわゆる路車間通信も行う形態であってもよい。車外通信装置２は、通信エリア内に存在する他車両の位置および速度の情報や、車両が走行中である道路における車線規制の情報等を受信する。なお、車両は、車外通信装置２を備えていなくてもよい。

車外通信装置２から出力される状態量の情報は、通信ネットワーク５を経由して操舵支援装置１０に入力される。なお、車外通信装置２と操舵支援装置１０との間の通信は、通信ネットワーク５を用いずに専用の通信ケーブルを用いて行われてもよい。

状態量検出装置３は、車両の状態量を検出する複数のセンサからなる。車両の状態量には、車両の速度である車速Ｖ、車両の前後方向の加速度α、車両のヨー方向の角速度であるヨーレートＹａｗｒ、および操舵装置１の舵角が少なくとも含まれる。すなわち、状態量検出装置３は、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサおよび舵角センサを少なくとも含む。これらのセンサは公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。なお、車両の前後方向の加速度αは、車速Ｖから算出可能であるため、状態量検出装置３は、加速度センサを備えていなくともよい。

状態量検出装置３から出力される状態量の情報は、通信ネットワーク５を経由して操舵支援装置１０および操舵制御装置２０に入力される。なお、状態量検出装置３と操舵支援装置１０および操舵制御装置２０との間の通信は、通信ネットワーク５を用いずに専用の通信ケーブルを用いて行われてもよい。

報知部４は、例えば画像や文字を表示する表示装置、光を発する発光装置、音を発するスピーカ、振動を発するバイブレータ、またはこれらの組み合わせ等、を含み、自動操舵システム１００から運転者に対して情報を出力する。

操舵支援装置１０は、地図情報認識装置１１、外部環境認識装置１２、および自動操舵指示値演算部１３を備える。

地図情報認識装置１１は、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）、慣性航法装置および路車間通信の少なくとも一つを用いて車両の現在位置（緯度、経度）を検出する測位装置１１ａと、地図情報を記憶する地図情報記憶部１１ｂと、を備える。

地図情報認識装置１１は、測位装置１１ａにより検出された車両の現在位置と、地図情報記憶部１１ｂが記憶している地図情報と、に基づいて、車両前方の走行路の形状を認識する。

地図情報には、道路の曲率、縦断面勾配、他の道路との交差の様子等の道路の形状を示す情報が含まれる。また、地図情報には、道路が有する車線の属性を示す情報も含まれる。車線の属性とは、例えば、本線、前記本線に進入する進入路、前記本線から退出する退出路、等の情報である。また、車線の属性には、走行車線および追い越し車線の情報も含まれる。なお、道路の属性の情報は、後述する外部環境認識装置１２によって判定される形態であってもよい。

外部環境認識装置１２は、車両の外部環境を認識するカメラやセンサからの情報と車外通信装置２からの情報とに基づいて車両前方の道路の形状や、道路上および道路の周囲に存在する物体の位置を認識し、これらの情報を外部環境情報として出力する。

外部環境認識装置１２は、例えば車両前方を視野内に収めるステレオカメラを備え、ステレオカメラによって撮像された画像に既知の画像処理等を施すことによって、車両前方の環境を認識する。外部環境認識装置１２は、路面上に設けられた線状標示や路面上の他車両、歩行者等を認識する。線状標示とは、車線を示すために車線の左右の境界に沿って路面上に形成された線状や破線状の道路標示である。また、外部環境認識装置１２は、カメラの他にレーダ装置を備え、車両の側方や後方を走行中の他車両の車両に対する相対位置と相対速度を検出する。

すなわち、外部環境情報には、車外通信装置２からの情報およびステレオカメラやレーダ装置により検出された情報の少なくとも一方に基づいて算出された、車両の周囲を走行する１つまたは複数の他車両の、車両に対する相対位置および相対速度の情報である近接車両情報が含まれる。外部環境認識装置１２は、近接車両情報を後述する操舵制御装置２０に出力する。

自動操舵指示値演算部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等がバスに接続されたコンピュータより構成されている。自動操舵指示値演算部１３は、地図情報認識装置１１から出力される地図情報および外部環境認識装置１２により認識される外部環境情報の少なくとも一方に基づいて、車両を走行させる走行路の形状である目標進路形状を算出する。

また、自動操舵指示値演算部１３は、車両の自動操舵時において、地図情報認識装置１１または外部環境認識装置１２により認識される目標進路形状に対する状態量（ヨー角度偏差や横位置偏差等）と、状態量検出装置３により検出される状態量に基づいて、目標進路形状に沿って車両を走行させるために操舵装置１に出力する制御データである第１操舵指示値を算出する。第１操舵指示値は、車両が目標進路形状に沿って走行するように、操舵装置１が実行すべき操舵の目標値となる情報である。第１操舵指示値は、本実施形態では一例として、操舵装置１が変更すべき目標舵角の値である。なお、第１操舵指示値は、操舵装置１が備える電動アクチュエータが発生すべき操舵トルクの値等であってもよい。

自動操舵指示値演算部１３から出力された第１操舵指示値は、後述する操舵制御装置２０に入力される。

また、自動操舵指示値演算部１３は、地図情報および外部環境情報の少なくとも一方に基づいて、現在から所定時間後であるＡ秒後までに車両を走行させる目標進路形状である将来進路形状の情報を算出する。所定の時間Ａは、例えば５秒程度である。自動操舵指示値演算部１３は、将来進路形状の情報を、後述する操舵制御装置２０に出力する。なお、将来進路形状の算出は、後述する操舵制御装置２０において行われてもよい。

車線形状算出部１４は、外部環境情報および地図情報の少なくとも一方に基づいて、現在から所定時間であるＡ秒後までに車両が走行すると予測される距離内における、車両が走行中の自車線および当該自車線に隣接する１つまたは２つの隣接車線の形状および属性を示す車線形状情報を算出する。隣接車線には、分岐路や退出路も含まれる。すなわち、車線形状情報は、現在から５秒程度の間に走行する可能性のある全ての車線の形状および属性の情報である。なお、車線形状情報は、車両が走行中の道路の全ての車線の形状および属性の情報を含んでいてもよい。車線形状算出部１４は、車線形状情報を、後述する操舵制御装置２０に出力する。

操舵制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置等がバスに接続されたコンピュータより構成されている。操舵制御装置２０は、記憶部２１、異常診断部２３、将来進路形状切替部２４、指示値演算部２５および切替部２６を備える。また、操舵制御装置２０は、操舵装置１に電気的に接続されている。操舵制御装置２０が備えるこれらの構成は、個々の機能を実行する別個のハードウェアとして実装されていてもよいし、所定のプログラムをＣＰＵが実行することによって個々の機能が達成されるようにソフトウェア的に実装されていてもよい。

記憶部２１は、最新の将来進路形状、車線形状情報、近接車両情報および状態量を記憶する。状態量とは、状態量検出装置３から出力された最新の状態量のデータのことである。記憶部２１が記憶する車両の状態量には、車両の速度である車速Ｖ、車両の前後方向の加速度α、車両のヨー方向の角速度であるヨーレートＹａｗｒ、および操舵装置１の舵角、が少なくとも含まれる。

記憶部２１が記憶する将来進路形状、車線形状情報、近接車両情報および状態量は、所定の周期で常に更新される。よって、記憶部２１が記憶する将来進路形状、車線形状情報、近接車両情報および状態量は、常に最新の値となる。なお、将来進路形状、車線形状情報、近接車両情報および状態量のそれぞれの更新周期は同一であってもよいし異なっていてもよい。

異常診断部２３は、自動操舵時において、通信ネットワーク５が故障している通信ネットワーク異常状態の発生の検出と、自動操舵時において、操舵支援装置１０が故障している操舵指示異常状態の発生の検出と、を行う。

ネットワーク異常状態は、通信ネットワーク５を介したデータ通信が不可能な状態である。操舵指示異常状態は、操舵支援装置１０から自らの動作に障害が発生していることを示す情報が出力されている状態か、もしくは通信ネットワーク５は正常に動作しているにもかかわらず操舵支援装置１０とのデータ通信ができない状態である。

すなわち、ネットワーク異常状態である場合には、操舵制御装置２０は、操舵支援装置１０から出力される第１操舵指示値、将来進路形状および車線形状情報の受信と、状態量検出装置３から出力される状態量の情報の受信が不可能となる。また、操舵指示異常状態である場合には、操舵制御装置２０は、操舵支援装置１０から出力される第１操舵指示値、将来進路形状および車線形状情報の受信の情報の受信が不可能であるが、状態量検出装置３から出力される状態量の情報の受信が可能である。

将来進路形状切替部２４は、自動操舵時において、車両が自車線から隣接車線への車線変更動作中にネットワーク異常状態または操舵指示異常状態の障害が発生した場合に、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に基づいて車線変更動作を継続するか否かを判定する。そして、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続しないと判定した場合には自車線の車線形状情報に基づいて記憶部２１に記憶されている将来進路形状を書き換える。

自車線から隣接車線への車線変更動作中とは、車両が車線変更を開始した時点から、車両の全ての車輪が隣接車線内に入るまでの期間である。この車線変更動作中において、ネットワーク異常状態または操舵指示異常状態の障害が発生していない場合には、記憶部２１に記憶されている将来進路形状は、操舵支援装置１０によって算出されたものであり、隣接車線内に向かう形状になっている。

そして、車線変更動作中において、ネットワーク異常状態または操舵指示異常状態の障害が発生した場合には、将来進路形状切替部２４は、車両が自車線内を走行するように、記憶部２１に記憶されている将来進路形状を書き換える。

また、本実施形態の将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に加えて、記憶部２１に記憶されている近接車両情報に基づいて車線変更動作を継続するか否かを判定する。

図２に、将来進路形状切替部２４が実行する車線変更継続判定処理のフローチャートを示す。車線変更継続判定処理では、まずステップＳ５００において、車両が車線変更動作中であるか否かを判定する。

ステップＳ５００において、車両が車線変更動作中ではないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は車線変更継続判定処理を終了する。一方、ステップＳ５００において、車両が車線変更動作中であると判定した場合には、将来進路形状切替部２４はステップＳ５１０に移行する。

ステップＳ５１０において、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に基づいて、車両の前方で自車線が消滅するか否かを判定する。車両の前方とは、車線形状情報の範囲内のことであり、すなわち現在から所定時間であるＡ秒後までに車両が走行すると予測される距離内のことである。

自車線の消滅は、車両が走行している道路の車線数が減少する場合や、自車線が本線に進入する進入路である場合に起こる。前述のように、車線形状情報には、自車線および隣接車線の形状および属性が含まれていることから、将来進路形状切替部２４は、車線形状情報に基づいて自車線の消滅の有無を判定できる。

ステップＳ５１０において車両の前方で自車線が消滅すると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５８０に移行する。ステップＳ５８０では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続すると判定し、車線変更継続判定処理を終了する。ステップＳ５８０が実行された場合、記憶部２１に記憶されている将来進路形状は、操舵支援装置１０によって算出されたものであり、隣接車線内に向かう形状になっている。

一方、ステップＳ５１０において車両の前方で自車線が消滅しないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５２０に移行する。

ステップＳ５２０では、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に基づいて、車線変更先となる隣接車線が退出路または分岐路であるか否かを判定する。

ステップＳ５２０において車線変更先となる隣接車線が退出路または分岐路であると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５８０に移行する。前述のように、ステップＳ５８０では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続すると判定し、車線変更継続判定処理を終了する。

一方、ステップＳ５２０において車線変更先となる隣接車線が退出路または分岐路ではないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５３０に移行する。

ステップＳ５３０では、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に基づいて、実行中の車線変更動作は追い越し車線から走行車線への車線変更であるか否かを判定する。

ステップＳ５３０において、実行中の車線変更動作は追い越し車線から走行車線への車線変更であると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５８０に移行する。前述のように、ステップＳ５８０では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続すると判定し、車線変更継続判定処理を終了する。

一方、ステップＳ５３０において、実行中の車線変更動作は追い越し車線から走行車線への車線変更ではないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５４０に移行する。

ステップＳ５４０では、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている車線形状情報に基づいて、実行中の車線変更動作は走行車線からから追い越し車線への車線変更であるか否かを判定する。

ステップＳ５４０において、実行中の車線変更動作は追い越し車線から走行車線への車線変更であると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ６００に移行する。ステップＳ６００では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を中断すると判定する。そして、ステップＳ６１０において、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている将来進路形状を、車両が自車線に戻るように車線形状情報に基づいて書き換え、車線変更継続判定処理を終了する。

一方、ステップＳ５４０において、実行中の車線変更動作は走行車線から追い越し車線への車線変更ではないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５５０に移行する。

ステップＳ５５０では、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている近接車両情報に基づいて、車線変更先となる隣接車線に他車両が存在しているか否かを判定する。

ステップＳ５５０において、車線変更先となる隣接車線に他車両が存在していないと判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５８０に移行する。前述のように、ステップＳ５８０では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続すると判定し、車線変更継続判定処理を終了する。

一方、ステップＳ５５０において、車線変更先となる隣接車線に他車両が存在していると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５６０に移行する。

ステップＳ５６０では、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている近接車両情報、および記憶部２１に記憶されている車両の車速Ｖおよび加速度αの値に基づき、車線変更先となる隣接車線を走行中の他車両との衝突予測時間ＴＴＣを算出する。衝突予測時間ＴＴＣは、車両が記憶部２１に記憶されている車両の車速Ｖおよび加速度αを維持して隣接車線に移り、かつ当該隣接車線を走行している他車両が記憶部２１に記憶されている速度を維持した場合において、両者が接触するまでに要する時間である。

次に、ステップＳ５７０において、将来進路形状切替部２４は、全ての他車両に対する衝突予測時間ＴＴＣが所定の閾値ｄｓ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ５７０において全ての他車両に対する衝突予測時間ＴＴＣが所定の閾値ｄｓ以上であると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ５８０に移行する。前述のように、ステップＳ５８０では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を継続すると判定し、車線変更継続判定処理を終了する。

一方、ステップＳ５７０において衝突予測時間ＴＴＣが所定の閾値ｄｓ未満の他車両が存在すると判定した場合には、将来進路形状切替部２４は、ステップＳ６００に移行する。ステップＳ６００では、将来進路形状切替部２４は、車線変更動作を中断すると判定する。そして、ステップＳ６１０において、将来進路形状切替部２４は、記憶部２１に記憶されている将来進路形状を、車両が自車線に戻るように車線形状情報に基づいて書き換え、車線変更継続判定処理を終了する。

指示値演算部２５は、車両の自動操舵時において、異常診断部２３によりネットワーク異常状態または操舵指示異常状態であることが検出されている場合に、記憶部２１に記憶されている将来進路形状に沿って車両を走行させるために操舵装置１に出力する指示値を算出する。

詳細には、指示値演算部２５は、自動操舵時において、操舵指示異常状態である場合には、状態量検出装置３から入力される状態量および記憶部２１に記憶されている将来進路形状に基づいて、将来進路形状に沿って車両を走行させるために操舵装置１に出力する第２操舵指示値を算出する。

また、指示値演算部２５は、自動操舵時において、ネットワーク異常状態である場合には、記憶部２１に記憶されている最新の状態量および将来進路形状に基づいて、将来進路形状に沿って前記車両を走行させるために操舵装置１に出力する第３操舵指示値を算出する。

切替部２６は、自動操舵時において、ネットワーク異常状態または操舵指示異常状態ではない場合には、操舵支援装置１０から出力される第１操舵指示値に基づいて操舵装置１を制御し、操舵指示異常状態である場合には、指示値演算部２５から出力される第２操舵指示値に基づいて操舵装置１を制御し、ネットワーク異常状態である場合には、指示値演算部２５から出力される第３操舵指示値に基づいて操舵装置１を制御する。

すなわち、自動操舵システム１００は、操舵支援装置１０、状態量検出装置３および通信ネットワーク５の動作が正常である場合には、操舵支援装置１０が算出する第１操舵指示値に基づいて車両の自動操舵を行う。

また、自動操舵システム１００は、車両の自動操舵時において、操舵支援装置１０に障害が発生し、通信ネットワーク５および状態量検出装置３の動作は正常である操舵指示異常状態となった場合には、操舵制御装置２０が備える指示値演算部２５が算出する第２操舵指示値に基づいて車両の自動操舵を行う。

また、自動操舵システム１００は、車両の自動操舵時において、通信ネットワーク５に障害が発生した場合であるネットワーク異常状態では、操舵制御装置２０が備える指示値演算部２５が算出する第３操舵指示値に基づいて車両の自動操舵を行う。

次に、操舵制御装置２０の自動操舵に関する動作について図３に示すフローチャートを参照して説明する。操舵制御装置２０は、図３に示す処理を車両の走行時に実行する。

操舵制御装置２０は、まずステップＳ１００において、車両の運転者による、自動操舵を開始する指示操作が入力されるまで待機する。操舵制御装置２０は、運転者による自動操舵を開始する指示操作が入力されたと判定した場合に、ステップＳ１１０以降の処理を開始する。

以下の説明では、時間を変数ｔで表し、現在時刻をｔ＝０であるとする。また、車両の速度である車速を時間の経過とともに変化する変数Ｖ（ｔ）とし、車両の前後方向の加速度を時間の経過とともに変化する変数α（ｔ）とし、車両のヨー方向の角速度であるヨーレートを時間の経過とともに変化する変数Ｙａｗｒ（ｔ）とする。また、目標進路形状に対する車両位置の車幅方向のずれ量である横位置偏差を、時間の経過とともに変化する変数ＥｒｒＸ（ｔ）とし、目標進路形状に対する車両の向きのヨー方向のずれ量であるヨー角度偏差を、時間の経過とともに変化する変数ＥｒｒＹａｗ（ｔ）とする。

ステップＳ１１０では、操舵制御装置２０は、記憶部２１による、将来進路形状、車線形状情報、近接車両情報および状態量の記憶と当該記憶内容の更新を開始する。前述のように、将来進路形状は、現在から所定時間後であるＡ秒後まで車両を走行させるための目標進路形状である。また、車線形状情報は、現在から所定時間であるＡ秒後までに車両が走行すると予測される距離内における、車両が走行中の自車線および当該自車線に隣接する１つまたは２つの隣接車線の形状および属性を示す情報である。

また、近接車両情報は、車両の周囲を走行する１つまたは複数の他車両の、車両に対する相対位置および相対速度の情報である。また、状態量は、車両の速度である車速Ｖ（０）、車両の前後方向の加速度α（０）、車両のヨー方向の角速度であるヨーレートＹａｗｒ（０）、および操舵装置１の舵角を少なくとも含む。

本実施形態では一例として、記憶部２１は、状態量として、さらに目標進路形状に対する現在の車両のずれを表す横位置偏差ＥｒｒＸ（０）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（０）を記憶する。位置偏差ＥｒｒＸ（０）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（０）は、操舵支援装置１０において算出される値であり、操舵制御装置２０に入力される。記憶部２１が記憶する情報は、車両が走行中であれば常に変化するため、正常状態である場合には常に更新され続ける。

次に、ステップＳ１２０において、操舵制御装置２０は、操舵支援装置１０が備える自動操舵指示値演算部１３が算出する第１操舵指示値に基づき操舵装置１を制御する自動操舵を開始する。操舵支援装置１０による自動操舵の制御は、公知の技術と同様であるため詳細な説明は省略する。概略的には、操舵支援装置１０の自動操舵指示値演算部１３は、地図情報認識装置１１および外部認識装置１２による最新の認識結果に基づいて目標進路形状を決定し、地図情報認識装置１１および外部認識装置１２により認識される目標進路形状に対する自車両のヨー角度偏差および横位置偏差等の情報と、車両の状態量と、に基づくフィードフォワード制御およびフィードバック制御により、第１操舵指示値を算出する。

第１操舵指示値に基づく自動操舵を開始した後は、操舵制御装置２０は、正常状態であれば、運転者による自動操舵を終了する指示操作が入力されるまで自動操舵を継続する（ステップＳ１５０のＹＥＳ）。

そして、操舵制御装置２０は、自動操舵の実行中において、異常検出部２３によりネットワーク異常状態であることが検出された場合（ステップＳ１３０のＹＥＳ）には、ステップＳ２００へ移行する。

ステップＳ２００では、操舵制御装置２０は、将来進路形状切替部２４による車線変更継続判定処理を実行する。車線変更継続判定処理は、図２を参照して前述した通りである。

次に、ステップＳ２１０において、操舵制御装置２０は、障害が発生し、自動操舵をＡ秒後に終了することを報知部４を介して運転者に知らせる。そしてステップＳ２２０では、操舵制御装置２０は、指示値演算部２５が算出する第３操舵指示値に基づいて操舵装置１を制御する自動操舵を、ネットワーク異常状態の発生検出からＡ秒間だけ継続する。

指示値演算部２５による、第３操舵指示値の算出方法の概要を図４に示す。以下では、時刻ｔ＝Ｔ１においてネットワーク異常状態が発生したものとし、時刻Ｔ１からの経過時間をδＴとする。

ネットワーク異常状態は操舵指示装置１０および状態量検出装置３の双方と操舵制御装置２０との間の通信が途絶した状態であることから、ネットワーク異常状態の発生後は、記憶部２１に記憶されている将来進路形状、横位置偏差ＥｒｒＸ（ｔ）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（ｔ）の値と、車両の状態量が更新されなくなる。したがって、ネットワーク異常状態の発生後は、記憶部２１には、時刻Ｔ１における将来進路形状と、時刻Ｔ１における横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）と、時刻Ｔ１における状態量が記憶されている。時刻Ｔ１における状態量は、車速Ｖ（Ｔ１）、加速度α（Ｔ１）およびヨーレートＹａｗｒ（０）である。図４における破線の矩形枠で囲んだ値は、記憶部２１に記憶されている値である。

ネットワーク異常状態の発生時には、指示値演算部２５は、ネットワーク異常状態の発生時（ｔ＝Ｔ１）に記憶部２１に記憶した将来進路形状および車両の状態量と、ネットワーク異常状態の発生からの経過時間δｔと、に基づいて、目標進路の曲率Ｃｅ（０）を推定する。具体的には、指示値演算部２５は、ネットワーク異常状態の発生時の車速Ｖ（Ｔ１）および加速度α（Ｔ１）と、経過時間δｔとに基づいて、車両の現在の車速Ｖｅ（０）を推定する。そして、現在から過去δｔ秒間の推定車速Ｖｅ（０）の積分値から走行距離を算出し、記憶している将来進路形状上における車両の現在位置を推定し、この現在位置と将来進路形状から目標進路の曲率Ｃｅ（０）を推定する。

そして、指示値演算部２５は、目標ヨーレート算出部において、現在の推定車速Ｖｅ（０）と目標進路の推定曲率Ｃｅ（０）に基づき、車両のヨー角度を目標進路に沿ったヨー角度に変更させるために必要な目標ヨーレートを算出する。目標ヨーレートは、現在の推定車速Ｖｅ（０）と目標進路の推定曲率Ｃｅ（０）により算出される値である。

また、指示値演算部２５は、ネットワーク異常状態の発生時（ｔ＝Ｔ１）において目標進路に対する現在の車両の車幅方向のずれである横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）や目標進路に対する現在の車両のヨー方向の角度ずれであるヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）が所定の値を超えていた場合には、車両を将来進路上に復帰させるために必要な修正ヨーレートを、修正ヨーレート算出部において、横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）を用いて算出する。すなわち、修正ヨーレートは、例えば、路面のカントや横風等の外乱に起因する車両の目標進路からのずれを補償するためのものである。

そして、指示値演算部２５は、目標ヨーレートおよび修正ヨーレートを加算し、この結果に基づいて、第１目標舵角算出部において第１目標舵角を算出する。なお、第１目標舵角の算出には、あらかじめ設定された車両の運動特性と実際の車両の運動特性とのずれを補正するための舵角補正ゲインが加味される。

そして、指示値演算部２５は、第１目標舵角を第３操舵指示値として出力する。すなわち、ネットワーク異常状態の発生時において自動操舵に用いられる第３操舵指示値は、記憶部２１に記憶された将来進路形状と車両の状態量の情報に基づき操舵装置１をフィードフォワード制御するための第１目標舵角の成分のみを含む。第３操舵指示値には、操舵装置１をフィードバック制御するための成分が含まれていない。

ネットワーク異常状態の発生時において記憶部２１に記憶されている将来進路形状の情報は、所定の時間（Ａ秒間）内のものであるため、ネットワーク異常状態の発生からＡ秒後に、指示値演算部２５は第３操舵指示値の算出を終了する。

図３のフローチャートに戻り、操舵制御装置２０は、自動操舵の実行中において、異常検出部２３により操舵指示異常状態であることが検出された場合（ステップＳ１４０のＹＥＳ）には、ステップＳ３００へ移行する。

ステップＳ３００では、操舵制御装置２０は、将来進路形状切替部２４による車線変更継続判定処理を実行する。車線変更継続判定処理は、図２を参照して前述した通りである。

次に、ステップＳ３１０において、操舵制御装置２０は、障害が発生し、自動操舵をＡ秒後に終了することを報知部４を介して運転者に知らせる。そしてステップＳ３２０では、操舵制御装置２０は、指示値演算部２５が算出する第２操舵指示値に基づいて操舵装置１を制御する自動操舵を、ネットワーク異常状態の発生検出からＡ秒間だけ継続する。

指示値演算部２５による、第２操舵指示値の算出方法の概要を図５に示す。以下では、時刻ｔ＝Ｔ１において操舵指示異常状態が発生したものとし、時刻Ｔ１からの経過時間をδＴとする。

操舵指示異常状態は操舵支援装置１０と操舵制御装置２０との間の通信が途絶した状態であることから、操舵指示異常状態の発生後は、記憶部２１に記憶されている将来進路形状と、横位置偏差ＥｒｒＸ（ｔ）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（ｔ）の値が更新されなくなる。したがって、操舵指示異常状態の発生後は、記憶部２１には、時刻Ｔ１における将来進路形状と、時刻Ｔ１における横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）が記憶されている。図５における破線の矩形枠で囲んだ値は、記憶部２１に記憶されている値である。

操舵指示異常状態の発生時には、指示値演算部２５は、操舵指示異常状態の発生時（ｔ＝Ｔ１）に記憶部２１に記憶した将来進路形状と、操舵指示異常状態の発生からの経過時間δｔと、現在の車速Ｖ（０）と、に基づいて、目標進路の曲率Ｃｅ（０）を推定する。具体的には、指示値演算部２５は、現在から過去δｔ秒間の車速の積分値から走行距離を算出し、記憶している将来進路形状上における車両の現在位置を推定し、この現在位置と将来進路形状から目標進路の曲率Ｃｅ（０）を推定する。

そして、指示値演算部２５は、目標ヨーレート算出部において、現在の車速Ｖ（０）と目標進路の推定曲率Ｃｅ（０）に基づき、車両のヨー角度を目標進路に沿ったヨー角度に変更させるために必要な目標ヨーレートを算出する。目標ヨーレートは、現在の車速Ｖ（０）と目標進路の推定曲率Ｃｅ（０）により算出される値である。

また、指示値演算部２５は、操舵指示異常状態の発生時（ｔ＝Ｔ１）において目標進路に対する現在の車両の車幅方向のずれである横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）や目標進路に対する現在の車両のヨー方向の角度ずれであるヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）が所定の値を超えていた場合には、車両を将来進路上に復帰させるために必要な修正ヨーレートを、修正ヨーレート算出部において、横位置偏差ＥｒｒＸ（Ｔ１）およびヨー角度偏差ＥｒｒＹａｗ（Ｔ１）を用いて算出する。すなわち、修正ヨーレートは、例えば、路面のカントや横風等の外乱に起因する車両の目標進路からのずれを補償するためのものである。

また、指示値演算部２５は、目標ヨーレートおよび修正ヨーレートを加算した値と、現在の車両の状態量であるヨーレートＹａｗｒ（０）とに基づき、第２目標舵角算出部において、車両のヨー角度を目標進路に沿ったヨー角度となるようにフィードバック制御する第２目標舵角を算出する。

指示値演算部２５は、第１目標舵角および第２目標舵角を加算した値を第２操舵指示値として出力する。すなわち、操舵指示異常状態の発生時において自動操舵に用いられる第２操舵指示値は、記憶部２１に記憶された将来進路形状と現在の車速Ｖ（０）に基づき操舵装置１をフィードフォワード制御するための第１目標舵角の成分と、現在の車両のヨーレートＹａｗｒ（０）の値に基づき操舵装置１をフィードバック制御するための第２目標舵角の成分と、を含む。

操舵指示異常状態の発生時において記憶部２１に記憶されている将来進路形状の情報は、所定の時間（Ａ秒間）内のものであるため、操舵指示異常状態の発生からＡ秒後に、指示値演算部２５は第２操舵指示値の算出を終了する。

以上に説明したように、本実施形態の操舵制御装置２０は、自動操舵時において、現在から所定の時間後の将来までに車両が走行する道路の形状に応じた将来進路形状と、車両の車速等の状態量を記憶部２１に記憶する。

そして、地図情報認識装置１１および外部認識装置１２を備える操舵支援装置１０と、操舵装置１を制御する操舵制御装置２０との間の通信が途絶する操舵指示異常状態が発生した場合には、操舵制御装置２０は、記憶している将来進路形状と、状態量検出装置３によりリアルタイムで検出される車速およびヨーレートの情報に基づいて操舵装置１を制御し、所定の期間だけ自動操舵を継続する。この場合、車両の状態量の変化に応じて車両の位置の推定と、舵角のフィードバック制御の実行が可能であるため、自動操舵システム１００は、記憶している将来進路形状に沿って所定の期間だけ正確に車両を走行させることができる。

また、本実施形態の操舵制御装置２０は、操舵支援装置１０および状態量検出装置３の双方と、操舵制御装置２０との間の通信が途絶する通信ネットワーク異常状態が発生した場合においても、記憶している最新の将来進路形状および状態量に基づいて、操舵装置１を制御し、所定の期間だけ車両を将来進路形状に沿って走行させる自動操舵を継続することができる。

よって、本実施形態の自動操舵システム１００によれば、通信ネットワーク５に障害が発生した後や操舵支援装置１０に障害が発生した後にも、所定の時間（Ａ秒間）中は車両を将来進路形状に沿って走行させる自動操舵を継続することができる。

そして、本実施形態の自動操舵システム１００によれば、障害発生後の将来進路形状に沿った自動操舵の実行期間中に、運転者による手動運転に移行させることができるため、自動操舵が異常終了する場合における車両の挙動の乱れを防止することができる。

また、本実施形態の自動操舵システム１００は、通信ネットワーク５に障害が発生した時点や操舵支援装置１０に障害が発生した時点において、車両が車線変更動作中である場合には、図２を参照して説明したように、記憶部２１に記憶されている車線形状情報および近接車両情報に基づいて、車線変更動作を継続するか否かを判定する。

そして、本実施形態の自動操舵システム１００では、車線変更動作を継続しないと判定した場合には、ステップＳ６１０に示すように、記憶部２１に記憶されている将来進路形状を、自車線に戻る形状のものに書き換える。この場合、障害の発生後の所定の期間（Ａ秒間）中の自動操舵において、車両は車線変更動作を中断して自車線に戻るように走行する。また、本実施形態の自動操舵システム１００では、車線変更動作を継続すると判定した場合には、障害の発生後の所定の期間（Ａ秒間）中の自動操舵において、車両は車線変更動作を実行して隣接車線へ移るように走行する。

より具体的に説明すると、車線数の減少や、自車線が本線に進入する進入路である場合のように、自車線が消滅する場合には、自動操舵システム１００は障害の発生後の自動操舵において車線変更動作を継続する（ステップＳ５１０のＹＥＳ）。自車線が消滅する場合において車線変更動作を自動的に中断してしまうと、手動運転に移行した場合において、運転者が急な舵角変更操作を行わなければならなくなるが、本実施形態の自動操舵システム１００ではこのような急な舵角変更操作を防止できる。

また、車線変更先となる隣接車線が退出路または分岐路である場合には、自動操舵システム１００は障害の発生後の自動操舵において車線変更動作を継続する（ステップＳ５２０のＹＥＳ）。車線変更先となる隣接車線が退出路または分岐路である場合において、車線変更動作を自動的に中断してしまうと、自動操舵による進行方向と運転者の意図する進行方向とが異なるものになってしまう。この場合、手動運転に移行した場合において、運転者が急な舵角変更操作を行わなければならなくなるが、本実施形態の自動操舵システム１００ではこのような急な舵角変更操作を防止できる。

また、追い越し車線から走行車線への車線変更である場合には、自動操舵システム１００は障害の発生後の自動操舵において車線変更動作を継続する（ステップＳ５３０のＹＥＳ）。追い越し車線から走行車線への車線変更は一般的に減速動作を伴う。このため、追い越し車線から走行車線への車線変更を中断してしまうと、車両は追い越し車線において減速してしまう可能性があり、追い越し車線を後方において走行中である他車両に追突される可能性がある。本実施形態の自動操舵システム１００では追い越し車線から走行車線への車線変更を中断しないため、このような追突の可能性を無くすことができる。

また、走行車線から追い越しへの車線変更である場合には、自動操舵システム１００は障害の発生後の自動操舵において車線変更動作を中断して自車線に戻る（ステップＳ５４０のＹＥＳ）。一般に、追い越し車線には、走行車線よりも高速な他車両が走行している。また、走行車線から追い越し車線への車線変更は一般的に加速動作を伴うが、障害の発生後の自動操舵では、この加速が行われない場合がある。このため、走行車線から追い越し車線への車線変更を実行してしまうと、追い越し車線を後方において走行中である他車両に追突される可能性がある。本実施形態の自動操舵システム１００では走行車線から追い越し車線への車線変更を中断して走行車線に戻るため、このような追突の可能性を無くすことができる。

また、車線変更先の隣接車線に衝突予測時間ＴＴＣが所定の閾値ｄｓ未満である他車両が走行している場合には、自動操舵システム１００は障害の発生後の自動操舵において車線変更動作を中断して自車線に戻る（ステップＳ５７０のＮＯ）。このような本実施形態によれば、障害の発生後の自動操舵における他車両との衝突の可能性を無くすことができる。

以上に説明したように、本実施形態の自動操舵システム１００によれば、障害発生時において車両が車線変更動作中である場合においても、安全に運転者による手動運転に移行することができるため、自動操舵が異常終了する場合における車両の挙動の乱れを防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う自動操舵システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１操舵装置、
２車外通信装置、
３状態量検出装置、
４報知部、
５通信ネットワーク、
１０操舵支援装置、
１１道路情報認識装置、
１１ａ即位装置、
１１ｂ地図情報記憶部、
１１ｃ車外通信装置、
１２外部環境認識装置、
１３自動操舵指示値演算部、
１４車線形状算出部、
２０操舵制御装置、
２１記憶部、
２３異常診断部、
２４将来進路形状切替部、
２５指示値演算部、
２６切替部、
１００自動操舵システム。

Claims

車両の舵角を変更するアクチュエータを備える操舵装置を制御する操舵制御装置と、
前記車両の外部環境情報および地図情報の少なくとも一方から目標進路形状を算出し、当該目標進路形状および前記車両の挙動を検出する状態量検出装置から出力される状態量に基づき前記操舵制御装置を制御し、前記車両を前記目標進路形状に沿って走行させる自動操舵を行う操舵支援装置と、
を備える自動操舵システムであって、
前記操舵制御装置および前記操舵支援装置のいずれか一方は、前記外部環境情報および前記地図情報の少なくとも一方に基づいて、現在から所定の時間後までに前記車両が走行すると予測される距離内における、前記車両が走行中の自車線および前記自車線に隣接する１つまたは２つの隣接車線の形状および属性を示す車線形状情報を算出する車線形状算出部を備え、
前記操舵制御装置は、
現在から所定の時間後までの前記目標進路形状である将来進路形状と、前記状態量と、前記車線形状情報と、を記憶する記憶部と、
前記操舵支援装置からの制御信号の入力が途絶する障害の発生を検出する異常診断部と、
前記自動操舵時において、前記車両が前記自車線から前記隣接車線への車線変更動作中に前記障害が発生した場合に、前記車線形状情報に基づいて前記車線変更動作を継続するか否かを判定し、前記車線変更動作を継続しないと判定した場合には前記自車線の前記車線形状情報に基づいて前記記憶部に記憶されている前記将来進路形状を書き換える将来進路形状切替部と、
前記自動操舵時において前記障害が発生した場合には、前記記憶部に記憶されている前記将来進路形状に沿って前記車両が走行するように前記操舵装置を制御する指示値演算部と、
を備えることを特徴とする自動操舵システム。
前記記憶部は、前記外部環境情報および前記車両が備える車外通信装置により受信された情報の少なくとも一方に基づいて算出される、前記自車線および前記隣接車線を走行中の他車両の前記車両に対する相対位置および相対速度を示す近接車両情報を記憶し、
前記将来進路形状切替部は、前記車両が前記自車線から前記隣接車線への前記車線変更動作中に前記障害が発生した場合に、前記車線形状情報および前記近接車両情報に基づいて、前記車線変更動作を継続するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の自動操舵システム。
前記将来進路形状切替部は、前記近接車両情報に基づいて、前記車線変更動作の対象となる前記隣接車線を走行中の前記他車両との衝突予測時間を算出し、前記衝突予測時間が所定の閾値未満である場合に、前記車線変更動作を継続しないと判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の自動操舵システム。