JP7251448B2

JP7251448B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP7251448B2
Application number: JP2019201717A
Authority: JP
Inventors: 智彦土田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: JP2021076983A

Description

本発明は、車両制御装置に関し、特に、レーン変更を自動で行うことが可能な車両制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、自車両を隣接車線へレーン変更する装置であって、隣接車線を走行する他車両との車間距離が距離閾値以上であり、且つ、他車両との衝突予測時間が時間閾値以上であるときに、レーン変更可能であると判定する装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１７－０７４８２３号公報

例えば、高速道路の本線からインターチェンジの出口へ向かう場合に、自車両がレーン変更を行わないと、自車両がランプ（即ち、分岐路）へ進入できないことがある。このような場面は、特許文献１に記載の技術では考慮されていない。このため、特許文献１に記載の技術では、自車両が進入すべき分岐路までの距離が十分にあるにもかかわらず、自車両よりも速度の遅い他車両の後ろへのレーン変更が行われたり、該分岐路までの距離が比較的短く、仮にレーン変更が可能であったとしても、該分岐路へ進入できなかったりする可能性がある。この結果、特許文献１に記載の技術では、自車両の搭乗者が、車両制御に対して違和感を覚える可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、搭乗者の違和感を低減することができる車両制御装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る車両制御装置は、自車両が複数レーンを有する道路を走行しているときに、前記自車両が走行している走行レーンから、前記走行レーンに隣接する隣接レーンへのレーン変更を自動で行うレーン変更制御を実行可能な車両制御装置であって、前記自車両の位置を推定する推定手段と、前記自車両の周囲を走行する他車両を認識する認識手段と、前方に、前記自車両が走行している道路から分岐し、且つ、前記自車両がレーン変更を行った上で進入する分岐路が存在するときに、前記推定された位置から前記分岐路の入口までの距離に関する第１の値と、前記自車両と前記認識された他車両との相対的な関係に応じて定まる第２の値と、に基づいて、前記レーン変更制御を実行するか否かを判定する制御手段と、を備え、前記第２の値は、前記認識された他車両であって、前記隣接レーンを走行する他車両である隣接車と、前記自車両との相対的な関係に応じて定まる第３の値と、前記認識された他車両であって、前記走行レーンにおいて前記自車両の前方を走行する他車両である先行車と、前記自車両との相対的な関係において定まる第４の値と、前記認識された他車両であって、前記走行レーンにおいて前記自車両の後方を走行する他車両である後続車と、前記自車両との相対的な関係において定まる第５の値とを含み、前記制御手段は、前記第１の値、前記第３の値、前記第４の値及び前記第５の値に基づいて、前記レーン変更制御を実行するか否かを判定するというものである。

実施形態に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。実施形態に係る車両制御装置の動作を示すフローチャートである。レーン変更の一例を示す概念図である。

車両制御装置に係る実施形態について説明する。実施形態に係る車両制御装置は、自車両が複数レーンを有する道路を走行しているときに、自車両が走行している走行レーンから、該走行レーンに隣接する隣接レーンへのレーン変更を自動で行うレーン変更制御を実行可能に構成されている。このレーン変更制御は、自車両が自動運転により走行しているときに実行されてよい。

車両制御装置は、推定手段、認識手段及び制御手段を備えて構成されている。推定手段は、自車両の位置を推定する。位置の推定方法については、例えば自己位置推定（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）等の既存の技術を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。

認識手段は、例えば車載カメラ、レーダ、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）等により取得された情報から、自車両の周囲を走行する他車両を認識する。他車両の認識方法については、既存の技術を適用可能であるので、その詳細についての説明は省略する。

制御手段は、自車両の前方に、該自車両がレーン変更を行った上で進入する分岐路が存在するときに、（ｉ）推定された自車両の位置から分岐路の入口までの距離に関する第１の値と、（ｉｉ）自車両と認識された他車両との相対的な関係に応じて定まる第２の値と、に基づいて、レーン変更制御の優先度を変更する。

「分岐路」は、自車両が走行している道路から分岐している道路を意味する。より具体的には、その一端が、自車両が走行している道路に接続されるとともに、該道路が延びる方向とは異なる方向に延びる道路を意味する。「（自車両が）進入する分岐路」は、例えばナビゲーション装置等により定められた自車両の走行経路上に存在する分岐路を意味する。尚、上記分岐路が存在するか否かは、例えば地図情報等に基づいて判定されてよい。

「第１の値」は、自車両の位置から分岐路の入口までの距離に関する値である。第１の値は、距離の単位で表された値（例えば距離そのもの、距離の逆数（１／距離）等）であってもよいし、時間の単位で表された値（例えば、距離を自車両の車速で割った値、即ち、分岐路の入口に到達するまでにかかる時間、該時間の逆数（１／時間）等）であってもよい。

「第２の値」は、自車両と他車両との相対的な関係に応じて定まる値である。相対的な関係としては、例えば自車両に対する他車両の位置、自車両の速度に対する他車両の速度等が一例として挙げられる。第２の値の具体例としては、自車両から他車両までの車間距離、ＴＴＣ（ＴｉｍｅｔｏＣｏｌｌｉｓｉｏｎ）等が挙げられる。

制御手段は、第１の値に基づいて、自車両が分岐路の入口に近づくほど、優先度を高くしてよい。第１の値が、例えば距離そのものである場合、制御手段は、第１の値が小さくなるほど、優先度を高くしてよい。また、制御手段は、第２の値に基づいて、自車両が他車両に近づくほど、優先度を低くしてよい。第２の値が、例えばＴＴＣである場合、制御手段は、第２の値が小さくなるほど、優先度を低くしてよい。

第１の値に基づいて優先度が変更されることにより、自車両が分岐路に近づくにつれて、レーン変更制御が行われやすくすることができる。また、第２の値に基づいて優先度が変更されることにより、自車両が他車両から離れるにつれて（言い換えれば、自車両の周囲にレーン変更に影響を及ぼす要素が減るにつれて）、レーン変更制御が行われやすくすることができる。

第１の値と第２の値との両方に基づいて優先度が変更されることにより、当該車両制御装置は、自車両の安全を確保しつつ、分岐路の入口に比較的近い位置で自車両のレーン変更を行うことができる。つまり、当該車両制御装置は、ドライバが手動でレーン変更を行う場合と同様の位置又はタイミングで、自車両のレーン変更を行うことができる。従って、当該車両制御装置によれば、自車両の搭乗者（特に、ドライバ）の違和感を低減することができる。

実施形態に係る車両制御装置の一具体例としての車両制御装置１０について図１乃至図３を参照して説明する。

車両制御装置１０は、上述した自車両に相当する車両１に搭載されている。車両制御装置１０は、図１に示すように、その内部に論理的に実現される処理ブロックとして、又は、物理的に実現される処理回路として、推定部１１、認識部１２及び制御部１３を有する。尚、「推定部１１」、「認識部１２」及び「制御部１３」は、夫々、上述した「推定手段」、「認識手段」及び「制御手段」の一例に相当する。

推定部１１は、車両１の位置を推定する。認識部１２は、車両１の周囲を走行する他車両を認識する。制御部１３は、レーン変更を自動で行うレーン変更制御を実行可能に構成されている。制御部１３は特に、レーン変更制御の優先度を決定（変更）する。ここでは、車両１の前方に、該車両１が進入する分岐路が存在しており、且つ、該分岐路に車両１が進入するためにレーン変更が必要な場合の優先度の決定方法について具体的に説明する。

制御部１３は、推定部１１により推定された車両１の位置と、地図情報２０とに基づいて、車両１から分岐路の入口までの距離ｄを計算する。また、制御部１３は、認識部１２により認識された他車両と車両１との相対的な関係を求める。

具体的には、制御部１３は、車両１が現在走行しているレーン（以降、適宜“走行レーン”と称する）に隣接する隣接レーンを走行する他車両（以降、適宜“隣接車”と称する）について、車両１に対する相対速度と、車両１と隣接車との車間距離とを求める。尚、隣接車は、典型的には、レーン変更後に車両１が追従することになる車両である。

制御部１３は、走行レーンにおいて車両１の直前を走行する他車両（以降、適宜“先行車”と称する）について、車両１に対する相対速度と、車両１と先行車との車間距離とを求める。制御部１３は、走行レーンにおいて車両１の直後を走行する他車両（以降、適宜“後続車”と称する）について、車両１に対する相対速度と、車両１と後続車との車間距離とを求める。

制御部１３は、車両１の車速及び距離ｄに基づいて、車両１が分岐路の入口に到達するまでにかかる時間（即ち、到達時間）を計算する。ここで、“到達時間＝距離／車速”である。制御部１３は、隣接車についての相対速度及び車間距離に基づいて、隣接車についてのＴＴＣを計算する。ここで、“ＴＴＣ＝車間距離／相対速度”である。制御部１３は、先行車についての相対速度及び車間距離に基づいて、先行車についてのＴＴＣを計算する。制御部１３は、後続車についての相対速度及び車間距離に基づいて、後続車についてのＴＴＣを計算する。

以降、「隣接車についてのＴＴＣ」、「先行車についてのＴＴＣ」及び「後続車についてのＴＴＣ」を、夫々、「ＴＴＣ１」、「ＴＴＣ２」及び「ＴＴＣ３」と称する。尚、「到達時間」は、上述した「第１の値」の一例に相当する。「ＴＴＣ１」、「ＴＴＣ２」及び「ＴＴＣ３」は、上述した「第２の値」の一例に相当する。

制御部１３は、例えば下記式により変数Ａ、Ｂ及びＣを求める。変数Ａ、Ｂ及びＣは、上述した「優先度」の一例に相当する。下記式においてａ_１、ａ_２、ａ_３及びａ_４は、任意の係数である。

ここで、式（１）の第１項の値は、到達時間が短くなるほど（即ち、車両１が分岐路の入口に近づくほど）大きくなる。式（１）の第２項の値は、ＴＴＣ１が小さくなるほど大きくなる。このため、距離ｄが比較的長い場合、変数Ａは、正の比較的小さい値又はゼロ以下になる。距離ｄが比較的短い場合であって、レーン変更が可能な程度に車両１と隣接車とが離れている（即ち、ＴＴＣ１が比較的大きい）場合、変数Ａは、正の比較的大きい値になる。

式（２）の第１項の値は、ＴＴＣ１が小さくなるほど大きくなる。式（２）の第２項の値は、ＴＴＣ３が小さくなるほど大きくなる。変数Ｂは、ＴＴＣ１及びＴＴＣ３の値に応じて（即ち、車両１と隣接車との車間距離、車両１と隣接車との相対速度、車両１と後続車との車間距離、及び、車両１と後続車との相対速度に応じて）、正の値になったり、負の値になったりする（変数Ｂがゼロになる可能性もある）。

式（３）の第１項の値は、ＴＴＣ２が小さくなるほど（即ち、車両１が先行車に近づくほど）大きくなる。式（３）の第２項の値は、ＴＴＣ１が小さくなるほど大きくなる。
変数Ｃは、ＴＴＣ１及びＴＴＣ２の値に応じて（即ち、車両１と隣接車との車間距離、車両１と隣接車との相対速度、車両１と先行車との車間距離、及び、車両１と先行車との相対速度に応じて）、正の値になったり、負の値になったりする（変数Ｃがゼロになる可能性もある）。

変数Ａは、車両１から分岐路の入口までの距離ｄと、隣接車との比較結果を示しているとも言える。同様に、変数Ｂは、隣接車と後続車との比較結果を示しているとも言える。変数Ｃは、隣接車と先行車との比較結果とを示しているとも言える。

制御部１３は、上述の如く求められた、優先度としての変数Ａ、Ｂ及びＣに基づいて、レーン変更制御の実行の可否を判定する。具体的には、制御部１３は、変数Ａが、正の値である所定閾値以上である場合に、レーン変更制御の実行を許可する。変数Ａは、車両１が分岐路の入口に近づくほど大きくなる傾向にあるので、車両１が分岐路の入口に近づくにつれて、レーン変更制御の実行が許可される可能性が高くなる。

制御部１３は、変数Ａが正の値であるが上記閾値未満である場合であって（即ち、“閾値＞変数Ａ＞０”）、変数Ｂ及びＣのいずれもがゼロ以上である場合、レーン変更制御の実行を許可する。他方で、制御部１３は、変数Ａが正の値であるが上記閾値未満である場合であって、変数Ｂ又はＣが負の値である場合、レーン変更制御の実行を不許可とする。

ここで、「変数Ａが正の値であるが上記閾値未満である場合」には、例えば、車両１から分岐路の入口までの距離ｄが比較的大きく（それ故、到達時間が比較的大きく）、且つ、隣接車が車両１よりも遅い（それ故、ＴＴＣ１が比較的小さい）場合が該当する。このような場合、制御部１３は、車両１の周辺の他車両（即ち、先行車や後続車）を考慮して、言い換えれば、変数Ｂ及びＣを考慮して、レーン変更制御の実行の可否を判定する。

例えば、隣接車が車両１よりも遅く、且つ、後続車が車両１よりも速い（即ち、後続車が隣接車よりも速い）場合、変数Ｂは負の値になることが多い。また、例えば、隣接車が車両１よりも遅く、且つ、先行車が車両１よりも速い（即ち、先行車が隣接車よりも速い）場合、変数Ｃは負の値になることが多い。これらの場合、車両１が分岐路の入口に到達するまでに比較的余裕があるので、比較的遅い隣接車の後ろに車両１がレーン変更するよりも、走行レーンの交通の流れに従って車両１が隣接車を追い越すほうがよいと考えられる。このため、制御部１３は、変数Ｂ又はＣが負の値である場合にレーン変更制御の実行を不許可とするのである。

制御部１３は、変数Ａが負の値である場合、レーン変更制御の実行を不許可とする。この場合、車両１から分岐路の入口までの距離ｄは十分に大きいので、車両１が分岐路の入口に比較的近い位置でレーン変更するように、制御部１３は、レーン変更制御の実行を不許可とするのである。

レーン変更制御の実行が許可された場合、制御部１３は、レーン変更制御に係るＬＣ（ＬａｎｅＣｈａｎｇｅ）可能マージン（即ち、安全マージン）を、“ＬＣ可能マージン＝設定値－（１／到達時間）×係数”という式により求めてよい。ＬＣ可能マージンは、車両１が分岐路の入口に近づくほど小さくなるが、その分レーン変更制御が実行されやすくなる。つまり、上記のようにＬＣ可能マージンが求められることにより、車両１のレーン変更が行われずに、車両１が分岐路の入口を通り過ぎてしまうことを抑制することができる。

尚、車両１の周囲に（例えばレーダ等のセンサの検出範囲内に）、隣接車、先行車及び後続車の少なくとも一つが存在しない場合、制御部１３は、該少なくとも一つについてのＴＴＣの値を、予め定められた正の値（例えば１００００等）に設定してよい。

次に、車両制御装置１０の動作について図２のフローチャートを参照して説明を加える。図２において、車両制御装置１０の制御部１３は、距離ｄ（即ち、車両１から分岐路の入口までの距離）が第１距離（例えば２キロメートル）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１の処理において、距離ｄが第１距離より大きいと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、制御部１３は、車両１を直進させる（即ち、走行レーンを維持する）（ステップＳ１０６）。その後、所定時間（例えば数十ミリ秒から数百ミリ秒等）が経過した後に、ステップＳ１０１の処理が行われる。つまり、図２に示す動作は、所定時間に応じた周期で繰り返し行われる。

ステップＳ１０１の処理において、距離ｄが第１距離以下であると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、制御部１３は、距離ｄが第２距離以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。ここで、第２距離は、例えば０．２キロメートル等であり、第１距離より小さい距離である。ステップＳ１０２の処理において、距離ｄが第２距離以下であると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部１３は、レーン変更制御による（即ち、自動での）車両１のレーン変更が困難である旨のメッセージを、車両１のドライバに通知する（ステップＳ１０３）。制御部１３は更に、ドライバの操作による（即ち、手動での）レーン変更を促す旨のメッセージを、ドライバに通知する。

ステップＳ１０２の処理において、距離ｄが第２距離より大きいと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御部１３は、上述した変数Ａ、Ｂ及びＣに基づいて、レーン変更制御の実行の可否を判定する。その後、制御部１３は、レーン変更制御の実行が許可されているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の処理において、レーン変更制御の実行が許可されていると判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部１３は、レーン変更制御を実行する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０４の処理において、レーン変更制御の実行が許可されていないと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、制御部１３は、車両１を直進させる（即ち、走行レーンを維持する）（ステップＳ１０６）。その後、所定時間が経過した後に、ステップＳ１０１の処理が行われる。この場合、ステップＳ１０２の処理において、距離ｄが第２距離以下であると判定されるか（言い換えれば、“第１距離≧距離ｄ＞第２距離”の関係が満たされなくなるか）、ステップＳ１０４の処理において、レーン変更制御の実行が許可されていると判定されるまで、ステップＳ１０４の処理が繰り返し行われる。

（技術的効果）
車両制御装置１０では、変数Ａ、Ｂ及びＣに基づいて、レーン変更制御の実行の可否が制御される。このため、例えば図３（ａ）に示す場面（即ち、距離ｄが十分に大きい場合）では、車両制御装置１０は、車両１が隣接車２の後ろを走行するようなレーン変更が行われることを防止しつつ、例えば車両１が隣接車２を追い越した後に、車両１をレーン変更させることができる（図３（ａ）の矢印参照）。或いは、図３（ｂ）に示す場面（即ち、距離ｄが比較的小さい場合）では、優先度としての変数Ａの値が比較的大きくなるので、車両制御装置１０は、例えば車両１が隣接車３の後ろを走行するように、車両１をレーン変更させることができる（図３（ｂ）の矢印参照）。

ここで、図３（ａ）に示す場面では、車両１のドライバは、分岐路の入口まで十分に距離があるので、レーン変更により隣接車２の後ろに車両１をつける必要はないと考えることが多い（特に、隣接車２が車両１よりも遅い場合）。他方で、図３（ｂ）に示す場面では、車両１のドライバは、車両１を多少減速してでも、レーン変更により隣接車３の後ろに車両１をつけたいと考える。図３を参照して説明したように、車両制御装置１０は、このようなドライバの意図に近い制御を行うことができる。従って、車両制御装置１０によれば、車両１の搭乗者（特に、ドライバ）のレーン変更制御に起因する違和感を低減することができる。

＜変形例＞
変数Ａ、Ｂ及びＣの求め方は、上述した式（１）、（２）及び（３）に限定されない。変数Ａ、Ｂ及びＣは、例えば下記式により求められてもよい。下記式においてｂ_１、ｂ_２、ｂ_３及びｂ_４は、任意の係数である。

或いは、変数Ａ、Ｂ及びＣは、例えば下記式により求められてもよい。下記式においてｃ_１、ｃ_２、ｃ_３及びｃ_４は、任意の係数である。

以上に説明した実施形態及び変形例から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

発明の一態様に係る車両制御装置は、自車両が複数レーンを有する道路を走行しているときに、前記自車両が走行している走行レーンから、前記走行レーンに隣接する隣接レーンへのレーン変更を自動で行うレーン変更制御を実行可能な車両制御装置であって、前記自車両の位置を推定する推定手段と、前記自車両の周囲を走行する他車両を認識する認識手段と、前方に、前記自車両が走行している道路から分岐し、且つ、前記自車両がレーン変更を行った上で進入する分岐路が存在するときに、前記推定された位置から前記分岐路の入口までの距離に関する第１の値と、前記自車両と前記認識された他車両との相対的な関係に応じて定まる第２の値と、に基づいて、前記レーン変更制御の優先度を変更する制御手段と、を備えるというものである。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許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車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…車両、１０…車両制御装置、１１…推定部、１２…認識部、１３…制御部、２０…地図情報

Claims

自車両が複数レーンを有する道路を走行しているときに、前記自車両が走行している走行レーンから、前記走行レーンに隣接する隣接レーンへのレーン変更を自動で行うレーン変更制御を実行可能な車両制御装置であって、
前記自車両の位置を推定する推定手段と、
前記自車両の周囲を走行する他車両を認識する認識手段と、
前方に、前記自車両が走行している道路から分岐し、且つ、前記自車両がレーン変更を行った上で進入する分岐路が存在するときに、前記推定された位置から前記分岐路の入口までの距離に関する第１の値と、前記自車両と前記認識された他車両との相対的な関係に応じて定まる第２の値と、に基づいて、前記レーン変更制御を実行するか否かを判定する制御手段と、
を備え、
前記第２の値は、前記認識された他車両であって、前記隣接レーンを走行する他車両である隣接車と、前記自車両との相対的な関係に応じて定まる第３の値と、前記認識された他車両であって、前記走行レーンにおいて前記自車両の前方を走行する他車両である先行車と、前記自車両との相対的な関係において定まる第４の値と、前記認識された他車両であって、前記走行レーンにおいて前記自車両の後方を走行する他車両である後続車と、前記自車両との相対的な関係において定まる第５の値とを含み、
前記制御手段は、前記第１の値、前記第３の値、前記第４の値及び前記第５の値に基づいて、前記レーン変更制御を実行するか否かを判定する
ことを特徴とする車両制御装置。