JP7172287B2 - 自動運転システム - Google Patents

Description

本発明は、自動運転システムに関する。特に、本発明は、レーンチェンジ制御を自動的に行うシステムに関する。

特開２００７－３２６４９４号公報には、第１制御および第２制御を行う制御装置と、表示装置と、を備えるシステムが開示されている。制御装置は、第１制御を行う場合、車速が第１の設定速度を超えないように車両を制御する。制御装置は、第２制御を行う場合、車速が第２の設定速度を維持するように車両を制御する。表示装置は、第１制御と第２制御の双方が作動する場合、第１および第２の設定速度のうちの低い方を表示する。

特開２００７－３２６４９４号公報

上記第１制御と第２制御に加えて、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御（以下、「ＬＣ制御」ともいう。）を上記制御装置が更に行うことを考える。第１レーンは、変更前のレーンである。第２レーンは、変更後のレーンである。この場合、上記制御装置は、第１または第２の設定速度を超えないように車両を制御することが想定される。

しかしながら、第１および第２の設定速度を遵守することが適切でない場合がある。すなわち、システムからドライバへの運転の引き継ぎ無しに自動レーンチェンジを成功させるには、第１および第２の設定速度を一時的に逸脱した車両の走行が望ましい場合がある。ところが、このような逸脱走行が行われると、システムに異常が発生しているとドライバが誤認するおそれがある。そうすると、ドライバによる運転介入によって、自動レーンチェンジが結果的に成功しない可能性がある。

本発明の１つの目的は、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御に際して、事前の設定状態を逸脱する車両の走行によりドライバが不安感を抱くことを軽減する技術を提供することにある。

第１の発明は、車両に搭載される自動運転システムであり、次の特徴を有する。
前記自動運転システムは、情報取得装置と、走行制御装置と、表示装置と、を備えている。
前記情報取得装置は、前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する。
前記走行制御装置は、前記運転環境情報に基づいて、前記車両の自動運転の最中に、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御を実行する。
前記表示装置は、前記自動運転の最中に、前記車両のドライバにより設定される前記車両の走行速度の上限値を表示する。
前記走行制御装置は、前記走行速度が前記上限値を上回る逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定する。
前記表示装置は、前記逸脱走行を行うと判定された場合、前記逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記走行速度の目標値と前記上限値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記上限値と共に表示する。

第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記表示装置は、更に、前記ドライバにより設定される車間距離の設定値を表示する。
前記走行制御装置は、更に、前記車間距離が前記設定値を下回る第２逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定する。
前記表示装置は、更に、前記第２逸脱走行を行うと判定された場合、前記第２逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記車間距離の予測値と前記設定値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記設定値と共に表示する。

第３の発明は、車両に搭載される自動運転システムであり、次の特徴を有する。
前記自動運転システムは、情報取得装置と、走行制御装置と、表示装置と、を備えている。
前記情報取得装置は、前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する。
前記走行制御装置は、前記運転環境情報に基づいて、前記車両の自動運転の最中に、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御を実行する。
前記表示装置は、前記自動運転の最中に、前記車両のドライバにより設定される車間距離の設定値を表示する。
前記走行制御装置は、前記車間距離が前記設定値を下回る逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定する。
前記表示装置は、前記逸脱走行を行うと判定された場合、前記逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記車間距離の予測値と前記設定値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記設定値と共に表示する。

第１の発明によれば、逸脱走行を行うと判定された場合に、走行速度の上限値と逸脱量が表示装置を介してドライバに伝達される。そのため、逸脱走行がシステムの異常に起因するものではなく、システムが意図的に実行したものであることをドライバに伝達できる。したがって、逸脱走行に対してドライバが不安感を抱くことを軽減することができる。

第２の発明によれば、第２逸脱走行を行うと判定された場合に、車間距離の設定値と逸脱量が表示装置を介してドライバに伝達される。したがって、逸脱走行に対してドライバが不安感を抱くことを軽減することができる。

第３の発明によれば、逸脱走行を行うと判定された場合に、車間距離の設定値と逸脱量が表示装置を介してドライバに伝達される。したがって、逸脱走行に対してドライバが不安感を抱くことを軽減することができる。

本発明の各実施の形態に係る自動運転システムの構成例を示すブロック図である。 レーンチェンジ制御の制御ブロック図である。 スペースＳＰの一例を説明する図である。 ＬＣ制御の処理の流れを説明するフローチャートである。 逸脱判断処理の流れを説明するフローチャートである。 図４のステップＳ１２における評価処理を説明する図である。 到達判定処理を説明する図である。 到達判定処理を説明する図である。 到達判定処理を説明する図である。 到達判定処理を説明する図である。 静的な制約の一例を説明する図である。 静的な制約に基づいた制約判定処理の一例を説明する図である。 動的な制約に基づいた制約判定処理の一例を説明する図である。 逸脱量の算出の一例を説明する図である。 逸脱量の算出の別の例を説明する図である。 ＭＨＩユニットにおける逸脱情報の表示例を示す図である。 第２逸脱判断処理の流れを説明するフローチャートである。 逸脱量の算出の一例を説明する図である。 ＭＨＩユニットにおける逸脱情報の表示例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
先ず、図１～１５を参照しながら本発明の実施の形態１について説明する。

１．自動運転システムの説明
実施の形態１に係る自動運転システムは、車両に搭載され、当該車両の自動運転を制御する。本システムが搭載される車両（以下、「車両Ｍ１」ともいう。）は、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関を動力源とする自動車、電動機を動力源とする電気自動車、内燃機関と電動機を備えるハイブリッド自動車である。電動機は、二次電池、水素燃料電池、金属燃料電池、アルコール燃料電池などの電池により駆動される。

図１は、実施の形態１に係る自動運転システムの構成例を示すブロック図である。図１に示す自動運転システム１００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器１０と、地図データベース２０と、センサ群３０と、ＨＭＩ（Human Machine Interface）ユニット４０と、通信装置５０とを備えている。自動運転システム１００は、更に、車両制御用の電子制御ユニット（以下、「車両制御ＥＣＵ」ともいう。）６０と、走行装置用の電子制御ユニット（「走行装置ＥＣＵ」ともいう。）７０とを備えている。

ＧＰＳ受信器１０は、３個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信する機器である。ＧＰＳ受信器１０は、受信した信号に基づいて、車両Ｍ１の位置および姿勢（方位）を算出する。ＧＰＳ受信器１０は、算出した情報（以下、「位置姿勢情報」ともいう。）を車両制御ＥＣＵ６０に送信する。

地図データベース２０には、地図情報のデータが格納されている。地図情報のデータには、例えば、道路、交差点、合流ゾーンおよび分岐ゾーンなどの位置のデータ、道路の形状のデータ（例えば、カーブ、直線の種別、道路の幅、道路の勾配）、道路の種類のデータ（例えば、高速道路、有料道路）、各レーンの境界位置（境界位置は、例えば、複数の点または複数の線の集合で表される）のデータが含まれている。地図データベース２０は、所定の記憶装置（例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ）に格納されている。

センサ群３０には、車両Ｍ１の周囲の状況を検出する外部センサが含まれる。外部センサとしては、ＬＩＤＥＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）、レーダー、カメラ、輝度センサが例示される。ＬＩＤＥＲは、光を利用して車両Ｍ１の周囲の物標を検出する。レーダーは、電波を利用して車両Ｍ１の周囲の物標を検出する。カメラは、車両Ｍ１の周囲の状況を撮像する。輝度センサは、車両Ｍ１の位置における輝度を検出する。外部センサは、検出した情報（以下、「外部センサ情報」ともいう。）を車両制御ＥＣＵ６０に送る。

センサ群３０には、また、車両Ｍ１の走行状態を検出する内部センサが含まれる。内部センサとしては、車速センサ、ブレーキセンサ、アクセル開度センサ、舵角センサが例示される。車速センサは、車両Ｍ１の走行速度（以下、「車速ＶＭ１」ともいう。）を検出する。ブレーキセンサは、ドライバによるブレーキペダルの操作量を検出する。アクセル開度センサは、ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出する。舵角センサは、ステアリングホイールの回転角度（舵角）を検出する。内部センサは、検出した情報（以下、「内部センサ情報」ともいう。）を車両制御ＥＣＵ６０に送る。

ＨＭＩユニット４０は、ドライバに情報を提供し、また、ドライバから情報を受け付けるためのインタフェースである。ＨＭＩユニット４０は、入力装置、表示装置、スピーカおよびマイクを備えている。入力装置としては、タッチパネル、キーボード、スイッチ、ボタンが例示される。表示装置としては、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ナビゲーションシステムのディスプレイ、コンビネーションメータが例示される。ＨＭＩユニット４０は、ドライバから入力された情報（以下、「ドライバ情報」ともいう。）を、車両制御ＥＣＵ６０に送る。

通信装置５０は、Ｖ２Ｘ通信を行う。具体的に、通信装置５０は、他の車両との間でＶ２Ｖ通信（車車間通信）を行う。また、通信装置５０は、周囲のインフラとの間でＶ２Ｉ通信（路車間通信）を行う。Ｖ２Ｘ通信を通して、通信装置５０は、車両Ｍ１の周囲の環境に関する情報を取得する。通信装置５０は、取得した情報（以下、「通信情報」ともいう。）を車両制御ＥＣＵ６０に送る。

車両制御ＥＣＵ６０は、車両Ｍ１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。典型的には、車両制御ＥＣＵ６０は、プロセッサ、メモリ、および、入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。車両制御ＥＣＵ６０は、入出力インタフェースを介して各種情報を受け取る。そして、車両制御ＥＣＵ６０は、受け取った情報に基づいて自動運転制御を行う。具体的には、車両制御ＥＣＵ６０は、車両Ｍ１の走行計画を立案し、その走行計画に沿って車両Ｍ１が走行するように走行装置ＥＣＵ７０に情報を出力する。

走行装置ＥＣＵ７０は、車両制御ＥＣＵ６０と同様の構成を有するマイクロコンピュータである。走行装置ＥＣＵ７０は、複数のＥＣＵから構成される。これらのＥＣＵは、車両制御ＥＣＵ６０から入力される情報に従って、車両Ｍ１の走行装置（図示しない）をそれぞれ制御する。走行装置は、電子制御式のものであり、走行駆動力出力装置、ステアリング装置およびブレーキ装置を含んでいる。走行駆動力出力装置は、走行駆動力を発生させる動力源である。ステアリング装置は、車輪を転舵する。ブレーキ装置は、制動力を発生させる。

２．自動運転制御の概要
車両制御ＥＣＵ６０が行う自動運転制御には、追従制御と定速制御が含まれる。追従制御とは、車両Ｍ１と先行車両の間の距離（以下、「車間距離」ともいう。）を一定に保ちながら車両Ｍ１を走行させる制御である。追従制御では、車間距離の代わりに、先行車両と車両Ｍ１の間の時間（車間時間）が一定に保たれてもよい。定速制御とは、先行車両が存在しない場合に、一定速度で車両Ｍ１を走行させる制御である。追従制御における車間距離（または車間時間）は、ドライバ情報に含まれている。追従制御および定速制御における走行速度の上限値も、ドライバ情報に含まれている。

自動運転制御には、ＬＣ制御も含まれる。ＬＣ制御とは、車両Ｍ１が走行するレーンを第１レーンから第２レーンに変更する制御である。以下の説明では、第１レーンを「レーンＬ１」ともいい、第２レーンを「レーンＬ２」ともいう。本実施の形態１では、追従制御および定速制御の実行中に、ＬＣ制御が実行される。

車両制御ＥＣＵ６０は、追従制御および定速制御の実行中に、ＬＣ制御の実行の要否を判断する。例えば、車両制御ＥＣＵ６０は、位置姿勢情報およびレーン情報に基づいて、車両Ｍ１の前方におけるレーンの分岐または合流を認識する。または、車両制御ＥＣＵ６０は、外部センサ情報に基づいて、レーンの分岐または合流を認識する。このような場合、車両制御ＥＣＵ６０は、分岐ゾーンまたは合流ゾーンにおいてＬＣ制御を実行する必要があると判断する。

また、例えば、車両制御ＥＣＵ６０は、外部センサ情報に基づいて、車両Ｍ１の前方の障害物を認識する。障害物としては、停止車両、低速走行車両、落下物が例示される。このような場合、車両制御ＥＣＵ６０は、障害物を回避するためにＬＣ制御を実行する必要があると判断する。

また、例えば、車両制御ＥＣＵ６０は、位置姿勢情報および受信情報に基づいて、車両Ｍ１の前方における工事区間あるいは事故車両を認識する。このような場合、車両制御ＥＣＵ６０は、工事区間あるいは事故車両を回避するためにＬＣ制御を実行する必要があると判断する。

２．１ ＬＣ制御の詳細
図２は、ＬＣ制御の制御ブロック図である。図２に示すように、車両制御ＥＣＵ６０は、ＬＣ制御に関連する機能ブロックとして、ＬＣ制御演算部６２と、逸脱判断部６４とを備えている。これらの機能ブロックは、車両制御ＥＣＵ６０のプロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。

（１）ＬＣ制御演算部６２
ＬＣ制御演算部６２は、ＬＣ制御を実行する必要があると判断された場合に、この実行に必要な目標制御量の演算処理を行う。目標制御量とは、上記走行装置の制御量の目標値を意味する。演算処理において、ＬＣ制御演算部６２は、運転環境情報を取得する。運転環境情報は、車両Ｍ１の運転環境を示す情報である。運転環境情報は、車両情報、走行速度情報、設定速度情報およびレーン情報を含んでいる。

車両情報は、車両Ｍ１の周囲の車両（以下、「車両Ｍ２」ともいう。）に関する情報である。車両Ｍ２は、レーンＬ１またはレーンＬ２上の先行車両、レーンＬ１またはレーンＬ２上の後続車両、レーンＬ２上の並走車両が例示される。車両情報は、外部センサ情報に基づいて別途生成される。車両情報には、車両Ｍ２の位置および走行速度が含まれている。説明の便宜上、図２には、レーンＬ１上の車両情報と、レーンＬ２の車両情報とが描かれている。

走行速度情報は、車両Ｍ１の走行速度（つまり、車速ＶＭ１）に関する情報である。走行速度情報は、内部センサ情報に基づいて別途生成される。

設定速度情報は、ドライバが設定した車両Ｍ１の走行速度の上限値（以下、「設定車速Ｖ０」ともいう。）に関する情報である。設定速度情報は、ドライバ情報に基づいて別途生成される。

レーン情報は、車両Ｍ１の周囲のレーンに関する情報である。レーン情報は、位置姿勢情報、地図情報、外部センサ情報および通信情報に基づいて別途生成される。レーン情報には、各レーンの位置、形状および傾きが含まれている。

演算処理において、ＬＣ制御演算部６２は、スペース情報を生成する。スペース情報は、ＬＣ制御演算部６２が取得した車両情報（より正確には、レーンＬ２上の車両情報）に基づいて生成される。スペース情報には、スペースＳＰの移動速度ＶＳと、スペースＳＰ内の所定位置ＰＰとが含まれる。

スペースＳＰは基本的に、前後方向（レーンの長さ方向を意味する。以下同じ。）に隣り合う２台の車両Ｍ２の間に形成される。車両Ｍ２の前方に別の車両Ｍ２が検出されていない場合、当該車両Ｍ２の前方にスペースＳＰが形成される。これは、車両Ｍ２の後方に別の車両Ｍ２が検出されていない場合も同様である。移動速度ＶＳは、着目するスペースＳＰを形成する２台の車両Ｍ２のうち、後方側の車両Ｍ２の走行速度として表される。移動速度ＶＳは、これらの２台の車両Ｍ２の走行速度の平均値で表されてもよい。所定位置ＰＰは、これらの２台の車両Ｍ２の位置を基準として設定される。所定位置ＰＰは、例えば、後方側の車両Ｍ２の位置よりも数ｍ前の位置に設定される。

図３は、スペースＳＰの一例を説明する図である。図３の例では、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が示される。車両Ｍ２１、車両Ｍ２２および車両Ｍ２３は何れも車両Ｍ２である。スペースＳＰ１は、車両Ｍ２１の前方に形成されている。車両Ｍ２１の前方に別の車両Ｍ２は検出されていない。スペースＳＰ１２は、車両Ｍ２１と車両Ｍ２２の間に形成されている。スペースＳＰ２３は、車両Ｍ２２と車両Ｍ２３の間に形成されている。車両Ｍ２２の後方に別の車両Ｍ２は検出されていない。所定位置ＰＰ１は車両Ｍ２１の位置を基準として設定され、所定位置ＰＰ１２は車両Ｍ２２の位置を基準として設定され、所定位置ＰＰ２３は車両Ｍ２３の位置を基準として設定されている。

図２に戻り、ＬＣ制御演算部６２の説明を続ける。スペース情報の生成後、ＬＣ制御演算部６２は、目標位置ＴＰＰを設定する。目標位置ＴＰＰは、目標スペースＴＳＰとして選ばれたスペースＳＰ内の所定位置ＰＰである。目標スペースＴＳＰについては後述する。目標位置ＴＰＰの設定後、ＬＣ制御演算部６２は、目標位置ＴＰＰと、運転環境情報とに基づいて目標制御量を演算する。目標制御量は、例えば、車両Ｍ１の現在位置と目標位置ＴＰＰとを繋ぐ軌跡に沿って車両Ｍ１を走行させるための目標舵角トルクである。目標制御量は、走行装置ＥＣＵ７０に送られる。

（２）逸脱判断部６４
逸脱判断部６４は、逸脱判断処理を行う。逸脱判断処理は、ＬＣ制御の実行に先駆けて逸脱走行制御を実行するか否かを判定する処理である。逸脱判断処理の詳細については後述する。逸脱判断部６４は、逸脱判断処理の結果に基づいて、逸脱走行制御を実行する。逸脱走行制御とは、設定車速Ｖ０を上回る速度で車両Ｍ１を走行させる制御である。逸脱走行制御が実行されると、ＬＣ制御の実行の開始の直前において一時的に車両Ｍ１の走行速度が設定車速Ｖ０を上回ることになる。逸脱走行制御を実行する場合、逸脱判断部６４は、車両Ｍ１の目標加速度を演算する。目標加速度は、走行装置ＥＣＵ７０に送られる。

２．２ ＬＣ制御における処理例
図４および５は、車両制御ＥＣＵ６０がＬＣ制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、運転環境情報とスペース情報が取得される（ステップＳ１０）。本ステップで取得される運転環境情報は、車両情報、走行速度情報、設定速度情報およびレーン情報といった、目標制御量の演算に必要な情報である。本ステップで取得されるスペース情報は、レーンＬ２上の車両情報に基づいて生成された情報である。

ステップＳ１０に続いて、レーンチェンジの許容性が評価される（ステップＳ１２）。許容性の評価は、ステップＳ１０で取得した情報に基づいて行われる。図６は、ステップＳ１２における評価処理を説明する図である。図６には、図３と同様に、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が示される。図６には、スペースＳＰの前後方向における長さＬＳが示されている。長さＬＳは、スペース情報に基づいて算出される。評価処理では、長さＬＳが算出されたスペースＳＰのそれぞれが、車両Ｍ１のレーンチェンジを受け入れ可能か否かが評価される。

評価処理では、着目するスペースＳＰの長さＬＳが閾値ＴＨＬと比較される。閾値ＴＨＬは、車両Ｍ１の全長に所定のマージンを加えた値である。車速ＶＭ１に応じてこのマージンを可変に設定してもよい。評価処理では、着目するスペースＳＰの長さＬＳが閾値ＴＨＬよりも短い場合、そのスペースＳＰは車両Ｍ１を受け入れることができないと評価される。反対に、着目するスペースＳＰの長さＬＳが閾値ＴＨＬよりも長い場合、そのスペースＳＰは車両Ｍ１を受け入れることができると評価される。

図４に戻り、ＬＣ制御の処理の流れの説明を続ける。ステップＳ１２に続いて、車両Ｍ１のレーンチェンジを受け入れ可能なスペースＳＰが存在するか否かが判定される（ステップＳ１４）。本ステップの判定処理は、ステップＳ１２の評価結果に基づいて行われる。受け入れ可能なスペースＳＰが存在しないと判定された場合、引き継ぎ制御が実行される（ステップＳ１６）。引き継ぎ制御とは、手動レーンチェンジを実現するための制御である。引き継ぎ制御では、例えば、ドライバによる運転介入への要求がＨＭＩユニット４０を介して行われる。引き継ぎ制御では、車両Ｍ１を減速走行させるための目標減速度が演算され、走行装置ＥＣＵ７０に送られてもよい。

ステップＳ１４の判定結果が肯定的な場合、進行距離ＤＰおよび到達時間ｔＰが算出される（ステップＳ１８）。進行距離ＤＰとは、スペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１までの前後方向における距離である。進行距離ＤＰは、位置ＰＰＬ１と、車両Ｍ１の現在位置との距離として算出される。位置ＰＰＬ１は、所定位置ＰＰと横方向における位置が同じレーンＬ１上の位置である。所定位置ＰＰが設定されると、位置ＰＰＬ１が特定される。

到達時間ｔＰとは、位置ＰＰＬ１に車両Ｍ１が到達すると予測される時間である。到達時間ｔＰは、進行距離ＤＰと、車両Ｍ１の走行速度とに基づいて算出される。ただし、この算出に際しては、車両Ｍ１の走行速度が車速ＶＭ１±αであると仮定して行う。これにより、到達時間ｔＰに幅を持たせている。速度幅αは一定値である。ただし、速度幅αは、車速ＶＭ１に応じて可変に設定してもよい。車速ＶＭ１＋αが設定車速Ｖ０よりも大きい場合、車速ＶＭ１＋αは設定車速Ｖ０と同じ速度に設定される。

ステップＳ１８に続いて、車両Ｍ１が到達可能なスペースＳＰがあるか否かが判定される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の判定処理は、到達判定処理と、制約判定処理とから構成される。以下、これらの処理について説明する。

（１）到達判定処理
到達判定処理は、車両Ｍ１が位置ＰＰＬ１に到達できるか否かを、走行速度に基づいて判定する処理である。図７～９は、到達判定処理を説明する図である。図７～９は、判定の対象となるスペースＳＰにおいて異なる。すなわち、図７における判定対象は、図３および６に示したスペースＳＰ１２である。図８における判定対象は、スペースＳＰ１である。図９における判定対象は、スペースＳＰ２３である。説明の便宜上、図７～９では、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が何れも、車両Ｍ１を受け入れることができると評価されていると仮定する。また、図７～９では、車両Ｍ１の走行速度のみが変わり、車両Ｍ２１～Ｍ２３の走行速度は変わらないと仮定する。

図７において、縦軸は前後方向における相対位置を表し、横軸は現在時刻からの経過時間を表している。位置ＰＰＬ１は、車両Ｍ１の前方に位置している。スペースＳＰ１２は、時間の経過に伴い前方に移動する。そのため、スペースＳＰ１２と等しい速度で車両Ｍ１が走行する場合、車両Ｍ１は位置ＰＰＬ１に到達できない。車両Ｍ１が位置ＰＰＬ１に到達するには、車両Ｍ１を加速走行させることが必要となる。進行距離ＤＰ１２は、車両Ｍ１の現在位置から位置ＰＰＬ１までの前後方向における距離である。到達時間ｔＰ１２は、加速走行時に車両Ｍ１が描く走行軌跡と、位置ＰＰＬ１の移動軌跡とが交わる時刻である。なお、加速走行時の上限速度は、車速ＶＭ１＋αである。

図７同様、図８に示す位置ＰＰＬ１は、車両Ｍ１の前方に位置している。そのため、スペースＳＰ１と等しい速度で車両Ｍ１が走行する場合、車両Ｍ１は位置ＰＰＬ１に到達できない。車両Ｍ１が位置ＰＰＬ１に到達するには、車両Ｍ１を加速走行させることが必要となる。進行距離ＤＰ１は、車両Ｍ１の現在位置から位置ＰＰＬ１までの前後方向における距離である。到達時間ｔＰ１は、加速走行時に車両Ｍ１が描く走行軌跡と、位置ＰＰＬ１の移動軌跡とが交わる時刻である。

一方、図９に示す位置ＰＰＬ１は、車両Ｍ１の後方に位置する。そのため、スペースＳＰ２３と等しい速度で車両Ｍ１が走行する場合、車両Ｍ１は位置ＰＰＬ１に到達できない。車両Ｍ１が位置ＰＰＬ１に到達するには、車両Ｍ１を減速走行させることが必要となる。進行距離ＤＰ２３は、車両Ｍ１の現在位置から位置ＰＰＬ１までの前後方向における距離である。到達時間ｔＰ２３は、加速走行時に車両Ｍ１が描く走行軌跡と、位置ＰＰＬ１の移動軌跡とが交わる時刻である。

図７～９では、車両Ｍ１と車両Ｍ２１～Ｍ２３の走行速度が概ね等しいことを前提としている。そのため、車両Ｍ１の走行速度を変えることで、到達時間ｔＰが算出される。しかし、実際には、車両Ｍ１と車両Ｍ２１～Ｍ２３の走行速度は異なる。この場合の到達判定処理について、図１０を参照しながら説明する。

図１０における判定対象は、スペースＳＰ１２である。図１０では、図７と同様に、位置ＰＰＬ１が車両Ｍ１の前方に位置している。そのため、スペースＳＰ１２と等しい速度で車両Ｍ１が走行する場合、車両Ｍ１は位置ＰＰＬ１に到達できない。車両Ｍ１が位置ＰＰＬ１に到達するには、車両Ｍ１を加速走行させることが必要となる。しかしながら、図１０では、車両Ｍ２１およびＭ２２が車両Ｍ１よりも高速で走行している。そのため、車両Ｍ１と位置ＰＰＬ１の間の距離は一向に縮まらない。それどころか、車両Ｍ１と車両Ｍ２２の相対位置の関係が逆転してしまう。

到達判定処理では、スペースＳＰの移動速度ＶＳと、車両Ｍ１の加速走行時の上限速度（つまり、車速ＶＭ１＋α）とが比較される。そして、上限速度よりも移動速度ＶＳの方が高速の場合、車両Ｍ１は判定対象のスペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。図１０の場合、車両Ｍ１はスペースＳＰ１２の側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。

以上のことから、到達判定処理では、先ず、上限速度と移動速度ＶＳの比較が行われる。続いて、上限速度よりも高速の移動速度ＶＳのスペースＳＰを除外する。そして、上限速度よりも低速の移動速度ＶＳのスペースＳＰについて、到達時間ｔＰを算出する。

（２）制約判定処理
制約判定処理は、車両Ｍ１が位置ＬＬＰ１に到達できるか否かを、静的または動的な制約に基づいて判定する処理である。図１１は、静的な制約の一例を説明する図である。図１１には、図６と同様に、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が示される。ただし、図１１に示すレーンＬ１は、合流レーンである。そのため、この場合は、車両Ｍ１が合流ゾーンの先端ＺＥＮに到達する前までに、ＬＣ制御の実行を完了する必要がある。このようなケースは、レーンＬ１上の障害物や工事区間を回避するためのＬＣ制御を実行するときにも当てはまる。

図１２は、静的な制約に基づいた制約判定処理の一例を説明する図である。図１２における判定対象は、スペースＳＰ１である。図８と図１２を比較すると分かるように、図１２には先端ＺＥＮが描かれている。先端ＺＥＮは移動しないことから、位置ＰＰＬ１と先端ＺＥＮの距離は、時間の経過に伴って短くなる。図１１に示す時間ＴＺＥＮは、位置ＰＰＬ１と先端ＺＥＮが一致する時刻である。時間ＴＺＥＮは、到達時間ｔＰ１よりも現在時刻側に位置している。

制約判定処理では、時間ＴＺＥＮのような制約時刻と、到達時間ｔＰとが比較される。そして、到達時間ｔＰよりも制約時刻の方が現在時刻側に位置する場合、車両Ｍ１は判定対象のスペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。図１２の場合、到達時間ｔＰ１よりも時間ＴＺＥＮの方が現在時刻側に位置する。そのため、この場合、車両Ｍ１はスペースＳＰ１の側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。

図１３は、動的な制約に基づいた制約判定処理の一例を説明する図である。図１３には、図６と同様に、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が示される。ただし、図１３では、車両Ｍ１の後方に車両Ｍ２４が存在する。車両Ｍ２４はレーンＬ１上の後続車両である。車両Ｍ２４が存在する場合は、車両Ｍ２４との衝突を回避しながらＬＣ制御を実行する必要がある。このようなケースは、レーンＬ１上に先行車両が存在するときに実行するＬＣ制御にも当てはまる。

制約判定処理では、位置ＰＰＬ１から後続車両（または先行車両）までの距離ＤＭ２と、閾値ＴＨＤとが比較される。閾値ＴＨＤは一定値である。ただし、閾値ＴＨＤは、後続車両または先行車両の走行速度に応じて可変に設定してもよい。距離ＤＭ２が閾値ＴＨＤよりも短い場合、車両Ｍ１は判定対象のスペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。

図４に戻り、ＬＣ制御の処理の流れの説明を続ける。ステップＳ２０の判定結果が肯定的な場合、目標スペースＴＳＰが決定される（ステップＳ２２）。目標スペースＴＳＰは、ステップＳ２０の判定処理において、車両Ｍ１が到達できると判定されたスペースＳＰの中から選ばれる。目標スペースＴＳＰの選定手法は特に限定されず、例えば、条件を満たすスペースＳＰの中から、車両Ｍ１の現在位置に最も近いものが選ばれる。

ステップＳ２２に続き、目標制御量が演算される（ステップＳ２４）。目標制御量は、例えば、車両Ｍ１の現在位置と目標位置ＴＰＰとを繋ぐ軌跡に沿って車両Ｍ１を走行させるための目標舵角トルクや目標加速度（または目標減速度）である。目標位置ＴＰＰは、ステップＳ２２で選ばれた目標スペースＴＳＰ内の所定位置ＰＰである。

目標制御量が演算されると、車両Ｍ１は、現在位置と目標スペースＴＳＰの側方の位置ＰＰＬ１とを繋ぐ軌跡に沿って移動する。続いて、車両Ｍ１は、位置ＰＰＬ１と目標位置ＴＰＰを繋ぐ軌跡に沿って移動する。車両Ｍ１が目標位置ＴＰＰに到達したら、ＬＣ制御が終了する。

２．３ 逸脱判断処理
ステップＳ２０の判定結果が否定的な場合、逸脱判断処理が行われる（ステップＳ２６）。図５は、逸脱判断処理の流れを説明するフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、逸脱量が算出される（ステップＳ２６１）。逸脱量は、逸脱走行制御における車両Ｍ１の目標速度ＶＭ１＊に基づいて算出される。

逸脱量の算出の第１の対象は、到達判定処理において到達時間ｔＰが算出されたにも関わらず、制約判定処理において静的な制約があり、車両Ｍ１が到達できないと判定されたスペースＳＰである。図１４は、逸脱量の算出の一例を説明する図である。図１４における判定対象は、スペースＳＰ１である。到達時間ｔＰ１は、到達判定処理において算出された到達時間ｔＰである。到達時間ｔＰ１＊は、目標速度ＶＭ１＊を車速ＶＭ１＋βに設定した場合の到達時間ｔＰである。速度幅βは、速度幅αよりも大きな値である。

図１４に示すように、到達時間ｔＰ１＊は、時間ＴＺＥＮよりも現在時刻側に位置している。ここで、図１２で説明したように、制約判定処理では、到達時間ｔＰよりも制約時刻の方が現在時刻側に位置する場合、車両Ｍ１は判定対象のスペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。この点、図１４では、目標速度を車速ＶＭ１＋βに設定することで到達時間ＴＰを早め、スペースＳＰ１への車両Ｍ１の到達を可能にしている。逸脱量は、速度差ＶＭ１－Ｖ０＋βとして算出される。

逸脱量の算出の第２の対象は、到達判定処理において除外されたスペースＳＰである。図１５は、逸脱量の算出の別の例を説明する図である。図１５における判定対象は、スペースＳＰ１２である。到達時間ｔＰ１２＊は、目標速度ＶＭ１＊を車速ＶＭ１＋γに設定した場合の到達時間ｔＰである。速度幅γは、速度幅αよりも大きな値である。

ここで、図１０で説明したように、到達判定処理では、上限速度よりも移動速度ＶＳの方が高速の場合、車両Ｍ１は判定対象のスペースＳＰの側方の位置ＰＰＬ１に到達できないと判定される。この点、図１５では、目標速度ＶＭ１＊を車速ＶＭ１＋γに設定することで、車両Ｍ１の走行速度を上昇させて到達時間ｔＰの算出を可能にしている。逸脱量は、速度差ＶＭ１－Ｖ０＋γとして算出される。

なお、到達判定処理において除外されたスペースＳＰについて逸脱量を算出する場合は、到達時間ｔＰの算出後、制約判定処理を行う必要がある。制約判定処理において、車両Ｍ１がスペースＳＰの側方の位置に到達できると判定された場合、速度差ＶＭ１－Ｖ０＋γがステップＳ２６５の処理に供される。一方、動的な制約により車両Ｍ１がスペースＳＰの側方の位置に到達できないと判定された場合、この速度差はステップＳ２６５の処理に供されない。

静的な制約により車両Ｍ１がスペースＳＰの側方の位置に到達できないと判定された場合、目標速度ＶＭ１＊を車速ＶＭ１＋δに再設定し、到達時間ｔＰの更新が検討される。速度幅δは、速度幅γよりも大きな値である。つまり、図１４で説明した手法と同じ手法に基づいて、到達時間ｔＰの更新が検討される。到達時間ｔＰが更新された場合、速度差ＶＭ１－Ｖ０＋δが逸脱量としてステップＳ２６５の処理に供される。

ステップＳ２６１に続いて、目標速度ＶＭ１＊が許容範囲内にあるか否かが判定される（ステップＳ２６２）。許容範囲の上限値は、レーンＬ１およびＬ２の走行速度として指定されている指定速度、または、法定速度である。上限値は、地図情報のデータから取得される。通信情報または外部センサ情報から上限値を取得してもよい。目標速度ＶＭ１＊が上限値を上回る場合、引き継ぎ制御が実行される（ステップＳ２６３）。引き継ぎ制御については、図４のステップＳ１６で説明したとおりである。

目標速度ＶＭ１＊が上限値を下回る場合、目標加速度が演算される（ステップＳ２６４）。目標加速度の演算に際しては、先ず、位置ＰＰＬ１が特定される。上限値を下回る目標速度ＶＭ１＊が複数ある場合、複数の位置ＰＰＬ１の内から一つが特定される。特定手法は特に限定されず、例えば、条件を満たす位置ＰＰＬ１の中から、車両Ｍ１の現在位置に最も近いものが選ばれる。位置ＰＰＬ１の特定後、目標加速度が演算される。

ステップＳ２６４に続いて、逸脱情報が送信される（ステップＳ２６５）。逸脱情報は、ステップＳ２６１で算出した速度差である。ステップＳ２６４において複数の位置ＰＰＬ１から一つを特定した場合、特定された位置ＰＰＬ１に対応する速度差が逸脱情報として送信される。

図１６は、ＭＨＩユニット４０における逸脱情報の表示例を示す図である。図１６に示す例では、設定車速Ｖ０は５０ｋｍ／ｈである。逸脱量は、設定車速Ｖ０の右方に表示される。図１６に示す例では、逸脱量は１０ｋｍ／ｈである。つまり、図１６に示す例では、目標速度ＶＭ１＊は６０ｋｍ／ｈに設定されている。

３．効果
以上説明した実施の形態１に係るシステムによれば、ＬＣ制御の処理において車両Ｍ１が到達可能なスペースＳＰがないと判定された場合、逸脱判断処理が実行される。逸脱判断処理によれば、逸脱走行を利用したＬＣ制御の実行が検討される。そして、検討の結果、逸脱走行を利用したＬＣ制御が実行されれば、システムによる自動レーンチェンジを成功させることができる。

更に、実施の形態１に係るシステムによれば、逸脱走行を利用したＬＣ制御を実行する場合に、逸脱情報がＨＭＩユニット４０を介してドライバに伝達される。したがって、逸脱走行を利用したＬＣ制御が、システムの異常に起因するものではなく、システムが意図的に実行したものであることをドライバに伝達できる。以上のことから、ドライバに安心感を与えながら、自動レーンチェンジを成功させることができる。

４．実施の形態と第１の発明の対応関係
上記実施の形態１においては、ＧＰＳ受信器１０、地図データベース２０、センサ群３０、ＨＭＩユニット４０の入力装置および通信装置５０が、第１の発明の「情報取得装置」に対応している。車両制御ＥＣＵ６０および走行装置ＥＣＵ７０が、同発明の「走行制御装置」に対応している。ＨＭＩユニット４０の表示装置が同発明の「表示装置」に対応している。設定車速Ｖ０が同発明の「走行速度の上限値」に対応し、目標速度ＶＭ１＊が同発明の「逸脱走行における走行速度の目標値」に対応している。

実施の形態２．
次に、図１７～１９を参照しながら本発明の実施の形態２について説明する。なお、以下においては、上記実施の形態１との相違部分を中心に説明し、上記実施の形態１との共通部分の説明については適宜省略する。

１．実施の形態２に係る自動運転システムの特徴
上記実施の形態１では、ドライバが設定した走行速度の上限値（つまり、設定車速Ｖ０）を上回る速度で車両Ｍ１を走行させる制御を逸脱走行制御と定義した。実施の形態２では、設定車速Ｖ０に基づく逸脱走行制御だけでなく、ドライバが設定した車間距離（以下、「設定車間距離Ｄ０」ともいう。）よりも短い車間距離で車両Ｍ１を走行させる制御も、逸脱走行制御の定義に加える。以下、設定車速Ｖ０に基づく逸脱走行制御を「第１制御」ともいい、設定車間距離Ｄ０に基づく逸脱走行制御を「第２制御」ともいう。

上記実施の形態１では、ＬＣ制御演算部６２が取得する運転環境情報には、車両情報、走行速度情報、設定速度情報およびレーン情報が含まれていた。実施の形態２では、この運転環境情報に、設定車間距離情報が追加される。設定車間距離情報は、設定車間距離Ｄ０に関する情報である。設定車間距離情報は、ドライバ情報に基づいて別途生成される。

実施の形態２では、逸脱判断部６４が逸脱判断処理を行い、その結果に基づいて第１制御を実行する。逸脱判断部６４は、第２制御を実行するための逸脱判断処理（以下、「第２逸脱判断処理」ともいう。）を行う。逸脱判断部６４は、第２逸脱判断処理の結果に基づいて、第２制御を実行する。第２制御が実行されると、ＬＣ制御の実行の開始の直前において一時的に車間距離が設定車間距離Ｄ０を下回ることになる。

２．ＬＣ制御における処理例
車両制御ＥＣＵ６０がＬＣ制御を実行するときの処理の流れは、基本的には図４および５で説明したとおりである。実施の形態２では、図４のステップＳ２４の処理、または、図５のステップＳ２６５の処理に続いて、第２逸脱判断処理が行われる。

図１７は、第２逸脱判断処理の流れを説明するフローチャートである。図１７に示すルーチンでは、先ず、逸脱量が算出される（ステップＳ３０）。逸脱量は、逸脱走行制御における車間距離の予測値Ｄ＊に基づいて算出される。

逸脱量の算出が図４のステップＳ２４の処理に続いて行われる場合、この算出の対象は、目標スペースＴＳＰである。逸脱量の算出が図５のステップＳ２６５の処理に続いて行われる場合、この算出の対象は、ステップＳ２６４において特定された位置ＰＰＬ１に対応するスペースＳＰである。

図１８は、逸脱量の算出の一例を説明する図である。図１８には、図６と同様に、スペースＳＰ１、ＳＰ１２およびＳＰ２３が示される。ただし、図１８では、車両Ｍ１の前方に車両Ｍ２５が存在する。車両Ｍ２５はレーンＬ１上の先行車両である。

図１８における逸脱量の算出対象は、スペースＳＰ１２である。この場合、予測値Ｄ＊は、位置ＰＰＬ１から車両Ｍ２５までの距離ＤＭ２である。逸脱量は、距離ＤＭ２と設定車間距離Ｄ０の距離差ＤＭ２－Ｄ０として算出される。

例えば、車両Ｍ２５を追従対象とする追従制御が実行されている場合、車両Ｍ１から車両Ｍ２５までの距離Ｄ２５１が設定車間距離Ｄ０に維持されている。このような場合、距離Ｄ２５１を距離ＤＭ２まで短縮することは、設定車間距離Ｄ０を下回る方向に逸脱する逸脱走行（第２逸脱走行）に他ならない。

ステップＳ３０に続いて、予測値Ｄ＊が許容範囲内にあるか否かが判定される（ステップＳ３２）。許容範囲の下限値は、衝突余裕時間ＴＴＣに所定のマージンを加えた値である。車速ＶＭ１に応じてこのマージンを可変に設定してもよい。下限値は、外部センサ情報と内部センサ情報に基づいて算出される。予測値Ｄ＊が下限値を下回る場合、第２逸脱判断処理は終了する。

予測値Ｄ＊が下限値を上回る場合、逸脱情報が送信される（ステップＳ３４）。逸脱情報は、ステップＳ３０で算出した距離差である。距離差の代わりに、距離差を設定車間距離Ｄ０で除した逸脱の割合を逸脱情報として送信してもよい。

図１９は、ＭＨＩユニット４０における逸脱情報の表示例を示す図である。図１９に示す例では、上下方向に並んだ三本の横線の濃淡に基づいて逸脱量が表示される。車間距離が設定車間距離Ｄ０を逸脱していない場合、三本の横線は淡く表示される。一方、車間距離が設定車間距離Ｄ０を逸脱した場合、逸脱の割合に応じて下段から順に濃く表示される。図１９に示す例では、下段と中段の横線が濃く表示されている。なお、図１９の表示例は一例に過ぎず、逸脱の割合に代えて距離差を表示してもよい。

３．効果
以上説明した実施の形態２に係るシステムによれば、逸脱走行を利用したＬＣ制御を実行する場合に、逸脱情報がＨＭＩユニット４０を介してドライバに伝達される。したがって、ドライバに安心感を与えながら、自動レーンチェンジを成功させることができる。

４．実施の形態と第２または第３の発明の対応関係
上記実施の形態２においては、ＨＭＩユニット４０の表示装置が第２または第３の発明の「表示装置」に対応している。設定車間距離Ｄ０が同発明の「車間距離の設定値」に対応し、予測値Ｄ＊が同発明の「車間距離の予測値」に対応している。
上記実施の形態２においては、ＧＰＳ受信器１０、地図データベース２０、センサ群３０、ＨＭＩユニット４０の入力装置および通信装置５０が、第３の発明の「情報取得装置」に対応している。車両制御ＥＣＵ６０および走行装置ＥＣＵ７０が、同発明の「走行制御装置」に対応している。

４０ ＨＭＩユニット
６０ 車両制御ＥＣＵ
６２ ＬＣ制御演算部
６４ 逸脱判断部
７０ 走行装置ＥＣＵ
１００ 自動運転システム
Ｌ１ 第１レーン
Ｌ２ 第２レーン
Ｍ１ 車両
Ｍ２、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ２４、Ｍ２５ 周囲の車両

Claims (3)

1. 車両に搭載される自動運転システムであって、
   前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する情報取得装置と、
   前記運転環境情報に基づいて、前記車両の自動運転の最中に、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御を実行する走行制御装置と、
   前記自動運転の最中に、前記車両のドライバにより設定される前記車両の走行速度の上限値を表示する表示装置と、
   を備え、
   前記走行制御装置は、前記走行速度が前記上限値を上回る逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定し、
   前記表示装置は、前記逸脱走行を行うと判定された場合、前記逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記走行速度の目標値と前記上限値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記上限値と共に表示する
   ことを特徴とする自動運転システム。
2. 請求項１に記載の自動運転システムであって、
   前記表示装置は、更に、前記ドライバにより設定される車間距離の設定値を表示し、
   前記走行制御装置は、更に、前記車間距離が前記設定値を下回る第２逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定し、
   前記表示装置は、更に、前記第２逸脱走行を行うと判定された場合、前記第２逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記車間距離の予測値と前記設定値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記設定値と共に表示する
   ことを特徴とする自動運転システム。
3. 車両に搭載される自動運転システムであって、
   前記車両の運転環境を示す運転環境情報を取得する情報取得装置と、
   前記運転環境情報に基づいて、前記車両の自動運転の最中に、第１レーンから第２レーンへのレーンチェンジ制御を実行する走行制御装置と、
   前記自動運転の最中に、前記車両のドライバにより設定される車間距離の設定値を表示する表示装置と、
   を備え、
   前記走行制御装置は、前記車間距離が前記設定値を下回る逸脱走行を前記レーンチェンジ制御の実行の開始の直前に行うか否かを判定し、
   前記表示装置は、前記逸脱走行を行うと判定された場合、前記逸脱走行の最中に、前記逸脱走行における前記車間距離の予測値と前記設定値に基づいて逸脱量を算出し、前記逸脱量を前記設定値と共に表示する
   ことを特徴とする自動運転システム。

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