JPWO2019220717A1 - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる車両制御装置を提供する。そのため、車両制御装置１００は、自車線に自車両の走行を制限する自車線上の制限要因と、自車線に隣接する隣接車線に自車両の走行を制限する隣接車線上の制限要因とがあるか否かを判定する制限要因判定部１０１と、制限要因判定部１０１の判定結果に基づき、自車両の走行する車線を選択する車線選択部１０２と、車線選択部１０２により選択された車線に基づき自車両の駆動力を制御する駆動力制御部１０３と、を備えている。

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、このような分野の技術として、例えば下記特許文献に記載されるものがある。特許文献１には、自車両の周辺環境を認識する周辺環境認識手段と、自車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、先行車の追越制御を実行する運転支援手段とを備える車両制御装置が開示されている。この車両制御装置によれば、自車両が追越車線へ車線変更して追越を行う際に、運転支援手段が先行車の前方が渋滞する場合、追越制御を継続させるか中断させるかを判定することで、ドライバへの不快感を軽減させる。

特許文献２には、先行車に対して予め設定した設定速度で追従制御する車間距離制御部と、自車両の走行速度及び自車両の設定速度と、自車線の交通流速度と、自車線及び他車線の想定燃費に基づいて車線変更の可否を判定する車線変更判断部と、を備える車両制御装置が開示されている。この車両制御装置によれば、追従制御を維持したまま、目的地点までの燃費も考慮した車線変更を実現できる。

特開２０１６−１６８２９号公報 特開２０１７−８８０４５号公報

しかし、上述した特許文献１及び２に記載の車両制御装置では、追越時又は車線変更時に先行車がどのような事由でその走行状態に至ったのかを推測していないので、例えば先行車に追従して車線変更した結果、変更先の渋滞で減速を強いられることが多い。このため、燃料消費量が増加してしまい、自車両によって燃費の良い走行を実現できない問題があった。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両制御装置は、自車線に自車両の走行を制限する自車線上の制限要因と、前記自車線に隣接する隣接車線に前記自車両の走行を制限する隣接車線上の制限要因とがあるか否かを判定する制限要因判定部と、前記制限要因判定部の判定結果に基づき、前記自車両の走行する車線を選択する車線選択部と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、制限要因判定部を備えることで、先行車の加減速、先行車の車線変更の原因を推測し、自車線を引き続き走行すべきか、隣接車線に車線変更すべきかを的確に判定することができる。このため、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択することにより、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

第１実施形態に係る車両制御装置が適用された自動運転システムを示す概略構成図である。 第１実施形態に係る車両制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 交差点で右折する先行車と自車両との走行状態を示す模式図である。 停止車両へ向けて走行する先行車と自車両との走行状態を示す模式図である。 混雑した２車線道路で車線変更する先行車と自車両との走行状態を示す模式図である。 先行車、各最後尾車両の速度変化、車線の遷移、車間距離の変化を示すグラフである。 自車両、先行車、隣接車線上の後続車に基づく隣接車線上の制限要因の判定を説明するための模式図である。 隣接車線が対向車線である場合における隣接車線上の制限要因の判定を説明するための模式図である。 先行車に追いつく場合における自車線上の制限要因の判定を説明するための模式図である。 図９における自車両及び先行車の速度変化を示すグラフである。 第２実施形態に係る車両制御装置が適用された自動運転システムを示す概略構成図である。 走行経路の交通状態の推定に関する自車両の速度及び車間距離を示すグラフである。 ファジィ推論におけるメンバーシップ関数を説明するための図である。 走行経路の交通状態の推定に関する交通状態推定結果及び交通流速度を説明するための図である。 公共交通機関拠点へ接近する先行車と自車両との走行状態を示す模式図である。 第３実施形態の駆動力制御部で実施される目標速度の設定について実施例と比較例との違いを説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明に係る車両制御装置の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る車両制御装置が適用された自動運転システムを示す概略構成図である。本実施形態の車両制御装置１００は、例えば自動運転システム１に備え付けられ、車載されたレーダやセンサ等の検出情報に基づいて走行実行ユニット等との協働で、車両の自動走行を行う装置である。自動運転システム１は、車両に搭載されており、車両制御装置１００のほか、走行実行ユニット１１０、撮像装置１２０、レーダ装置１２１、通信装置１２２、車速センサ１２３、舵角センサ１２４、自車両位置情報取得部１２５、地図情報取得部１２６、及びヒューマンマシンインタフェース１３０を備えている。

走行実行ユニット１１０は、主に、ステアリングコントロールユニット１１１、ウインカーコントロールユニット１１２、エンジンコントロールユニット１１３及びブレーキコントロールユニット１１４を有する。これらのコントロールユニットは、車内ネットワーク１１５を介して車両制御装置１００と接続されている。車内ネットワーク１１５には、ＣＡＮ（Control Area Network）等の通信方式を好適に用いることができる。

ステアリングコントロールユニット１１１、ウインカーコントロールユニット１１２、エンジンコントロールユニット１１３及びブレーキコントロールユニット１１４は、例えば、演算を実行するＣＰＵ(Central processing unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Read only memory）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Random access memory）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されている。ＲＯＭ及びＲＡＭには半導体を用いたメモリを使うことが好適であるが、ＲＯＭに関しては光ディスクや磁気ディスク等の素子を用いることもできる。

なお、これらのコントロールユニットを構成するマイクロコンピュータは、制御処理を終了して電源を遮断したり、あるいは低消費電力状態で主たる演算を実施しない休止状態となったりする際に、ハードディスクや書き込み可能なフラッシュメモリに演算結果や学習結果、イベントレコード等を保存して、次回起動時にこれらを再利用するように構成されても良い。

撮像装置１２０は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いたステレオカメラにより構成されており、自車両前方の道路状態、先行車を含む障害物の様子、規制情報、環境状態等を取得する。この撮像装置１２０は、車両制御装置１００と接続されており、取得した情報を車両制御装置１００に出力する。

レーダ装置１２１は、自車両の前方、側方、後方等に存在する他車両等の障害物を検出し、自車両と障害物との距離、他車両の識別情報や相対速度といった情報を取得する。このレーダ装置１２１は、車両制御装置１００と接続されており、検出して取得した情報を車両制御装置１００に出力する。

通信装置１２２は、情報の送受信を行うものであり、例えばコントロールセンターとの通信で自車両の走行経路に関する情報を取得したり、自車両周辺を走行する他車両との通信で周辺車両の走行速度を取得したり、インフラ情報センターとの通信で交通信号の現示や現示が終了するまでの残り時間等の情報を取得したりする。この通信装置１２２は、車両制御装置１００と接続されており、取得した情報を車両制御装置１００に出力する。

車速センサ１２３は自車両の走行速度を検出し、舵角センサ１２４は自車両の舵角を検出する。これらのセンサは、それぞれ車両制御装置１００と接続されており、検出した情報を車両制御装置１００に出力する。

自車両位置情報取得部１２５は、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）による地球上の自車両現在の位置を取得し、その取得した情報を車両制御装置１００に出力する。地図情報取得部１２６は、自車両位置情報取得部１２５によって取得された自車両現在の位置に基づき、自車両の走行経路の制限速度、車両前方のカーブ形状、車線数等の情報を取得する。地図情報取得部１２６は、取得した情報を車両制御装置１００に出力する。

ヒューマンマシンインタフェース１３０は、車両制御装置１００と接続され、車両制御装置１００からの制御指令に従って各種制御状態の表示や報知を行い、又はドライバによる入力を受け付けるものである。このヒューマンマシンインタフェース１３０は、自動運転制御の実行を許可、中断、禁止をドライバが指令できる自動運転スイッチ１３１と、スピーカ装置１３２と、情報を視覚的に提供するための表示装置１３３と、ドライバの入力を受け付ける入力装置１３４とを有する。

入力装置１３４は、ステアリングコラムの脇、ステアリングホイールの前面及び裏面、ダッシュボードやインストゥルメントパネルに設けられたボタンやレバーであっても良く、マイク等の収音装置であっても良い。このようにすれば、例えば目的地点の入力や後述の目標速度の入力等を行う際に、ドライバがボタンやレバーの操作、あるいは音声入力を介して実施することができる。なお、表示装置１３３は、例えばタッチパネルのようにドライバからの操作を入力可能な装置であっても良い。

一方、車両制御装置１００は、上述したコントロールユニットと同様に、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されており、制限要因判定部１０１と、車線選択部１０２と、駆動力制御部１０３とを備えている。

制限要因判定部１０１は、自車線に自車両の走行を制限する自車線上の制限要因と、自車線に隣接する隣接車線に自車両の走行を制限する隣接車線上の制限要因とがあるか否かを判定するものである。自車線上の制限要因として、例えば自車線を走行し自車両より速度の遅い先行車、車両の渋滞、自車線上の停止車両、自車線上の赤信号等が挙げられる。
なお、本実施形態において、停止車両は駐車車両と停車車両とを含むものとする。

一方、隣接車線上の制限要因として、例えば隣接車線上の車両渋滞、隣接車線上の後続車の高速接近、隣接車線上の停止車両、隣接車線上の赤信号等が挙げられる。自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因の具体例は、後に詳細に説明する。

車線選択部１０２は、制限要因判定部１０１の判定結果に基づき、自車両の走行する車線を選択するものである。車線選択部１０２によって走行車線が選択されたとき、選択結果に合わせて上述のステアリングコントロールユニット１１１による舵角操作と、ウインカーコントロールユニット１１２による方向指示器の点灯／点滅とが行われる。ステアリングコントロールユニット１１１による舵角操作は、図示しない電動パワーステアリング装置により実施される。電動パワーステアリング装置は、舵角センサ１２４により検出された舵角が所望の舵角となるように、それに備え付けられたモータを駆動する。

駆動力制御部１０３は、車線選択部１０２により選択された車線に基づき、自車両の駆動力を制御する。この駆動力制御部１０３は、エンジンコントロールユニット１１３、ブレーキコントロールユニット１１４とそれぞれ接続され、これらのコントロールユニットに駆動力又は制動力の増加ないし減少を指令する。

例えば、駆動力制御部１０３は、車速センサ１２３によって検出された自車両の速度を設定された目標速度に合わせるように、エンジンコントロールユニット１１３に駆動力の増加、ブレーキコントロールユニット１１４に制動力の増加をそれぞれ指令する。すなわち、自車両の速度が目標速度よりも低い場合、駆動力制御部１０３は、エンジンコントロールユニット１１３に駆動力を増加させる指令を送信する。一方、自車両の速度が目標速度を上回る場合、車線選択部１０２はブレーキコントロールユニット１１４に制動力を増加せる指令を送信する。このようなブレーキによる制動力の増加のほかに、駆動力制御部１０３はエンジンコントロールユニット１１３へ駆動力を減少させる指令を送信することで、エンジンの機関ブレーキを利用した減速を行うこともできる。これらは目標速度と自車両の速度の差に応じて適当な方法を選択する。

駆動力の増加の指令を受信すると、エンジンコントロールユニット１１３は、エンジン（図示せず）の出力を増加させるために、スロットルアクチュエータ（図示せず）を制御しエンジンの吸入する空気量を増加させる。これによって、燃料噴射量が増加し、エンジン内部での燃焼に伴う圧力エネルギが上昇することで、エンジンの動力軸の回転力が増え、自車両の加速が行われる。

一方、制動力の増加の指令を受信すると、ブレーキコントロールユニット１１４は、ブレーキパッド（図示せず）の押し付け力を増加させるために、マスターシリンダ（図示せず）の油圧を増加させる。ブレーキパッドの押し付け圧力が増えると、車両タイヤの回転力を熱に変換する摩擦ブレーキ力が大きくなるので、自車両の減速が行われる。また、駆動力を減ずる指令を受信した際には、エンジンコントロールユニット１１３はエンジンの出力を減少させるために、スロットルアクチュエータを制御し、エンジンの吸入する空気量を減少させる。これにより燃料噴射量が減少し、エンジン内部での燃焼に伴う圧力エネルギが低下することで、エンジンの動力軸の回転力が減少し、やがてタイヤ（図示せず）より伝わる自車両の走行抵抗に打ち勝てなくなり、走行抵抗によって自車両の減速が行われる。さらには、エンジンコントロールユニット１１３はエンジンの燃料噴射を停止し、エンジン内部で燃焼を行わないようにすることで、自車両の走行に伴う慣性力によりタイヤ側からエンジンが連れまわされることにより機関ブレーキを作用させ、前途の走行抵抗に加えて機関ブレーキ力により自車両の減速が行われる。

なお、目標速度は、自動運転スイッチ１３１がドライバに操作された時点での速度を維持するように設定されても良く、ドライバによるヒューマンマシンインタフェース１３０への入力で任意の値に設定されても良い。また、上述の通信装置１２２や地図情報取得部１２６を介して走行経路の制限速度が取得された場合、取得された制限速度を目標速度として自動的に設定されても良い。

更に、目標速度は、撮像装置１２０やレーダ装置１２１を介して得られた車両前方の障害物（例えば先行車や停止線等）に対して、自車両を安全に走行させるために自動的に設定されても良い。具体的には、障害物が先行車である場合、先行車との衝突を回避できる車間距離が目標車間距離として設定され、更に撮像装置１２０やレーダ装置１２１を介して得られた車間距離と設定された目標車間距離との比較が行われる。得られた車間距離が目標車間距離より大きい場合、車間距離を短縮するために、目標速度は現在の目標速度より大きい値に設定される。一方、得られた車間距離が目標車間距離より小さい場合、その車間距離を拡大するために、目標速度は現在の目標速度よりも小さい値に設定される。

以下、図２を基に図３〜図５に示す各場面を参照して車両制御装置１００の制御処理を説明する。図２は第１実施形態に係る車両制御装置の制御処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートに記載の制御処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、自車線上の制限要因の検出を試みる。このとき、撮像装置１２０やレーダ装置１２１は、例えば自車線上の障害物の有無を検出し、検出した結果を制限要因判定部１０１に出力する。続いて、ステップＳ１０２では、隣接車線上の制限要因の検出を試みる。このとき、撮像装置１２０やレーダ装置１２１は、例えば隣接車線上の障害物の有無を検出し、検出した結果を制限要因判定部１０１に出力する。

次に、ステップＳ１０３では、制限要因判定部１０１は、ステップＳ１０１で検出された結果に基づいて自車線に自車線上の制限要因があるか否かを判定する。自車線上の制限要因がないと判定した場合、制御処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、車線選択部１０２は、自車両が走行してきた自車線を選択する。

上述の処理は、例えば図３に示す場面に適用される内容である。図３に示す場面では、自車両Ａが先行車Ｂを追従対象として選択し、これに追従して走行し、交差点ＣＰへ向かっている。先行車Ｂは、自車線（すなわち、左側車線）Ｌａ３１から隣接車線（すなわち、右側車線）Ｌａ３２へ車線変更している。先行車Ｂが車線変更を行うまでに、レーダ装置１２１が自車両Ａの側方及び後方に障害物となる他車両等を検出していないので、自車両Ａは車線変更可能な状態になっている。なお、先行車Ｂは、自車両Ａに対して低速で走行している。

このとき、撮像装置１２０やレーダ装置１２１は、自車線Ｌａ３１上に新たな先行車を検出していないが、先行車Ｂが右折車線Ｌａ３３に進入するために隣接車線Ｌａ３２へ車線変更することを検出し、その結果を制限要因判定部１０１に出力する。制限要因判定部１０１は、撮像装置１２０やレーダ装置１２１からの検出結果に基づき、先行車Ｂが交差点ＣＰで右折を行うために車線変更を行った可能性が高いと推測し、隣接車線上の制限要因があると判定する。更に、制限要因判定部１０１は、自車線Ｌａ３１をこのまま走行した方が自車両Ａの車速変動が小さいと判定し、その結果を車線選択部１０２に出力する。
車線選択部１０２は、制限要因判定部１０１の判定結果に基づいて、先行車Ｂを追従対象とすることを停止し、自車両Ａが引き続き自車線Ｌａ３１を走行するように自車線Ｌａ３１を選択する。

すなわち、図３に示す場面では、制限要因判定部１０１は、自車線上の制限要因がなく、隣接車線上の制限要因があると判定する。車線選択部１０２は、その判定結果に基づき、自車線Ｌａ３１から車線変更せずに自車線Ｌａ３１を引き続き選択する。このようにすれば、無用な車線変更を行わないことで、燃料消費の増大を抑制し、燃費の悪化を防止することができる。なお、ここでは、制限要因判定部１０１が自車線上の制限要因がないと判定した時点で、上述した隣接車線上の制限要因の判定を行わずに、自車線Ｌａ３１の選択が直ちに車線選択部１０２によって行われても良い。このようにすれば、制御処理の処理速度を高めることができる。

一方、上述のステップＳ１０３で自車線上の制限要因があると判定した場合、制御処理はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、制限要因判定部１０１は、隣接車線に隣接車線上の制限要因があるか否かを更に判定する。隣接車線上の制限要因がないと判定した場合、制御処理はステップＳ１０６に進み、車線選択部１０２が隣接車線を選択する。これによって、上述したようにステアリングコントロールユニット１１１による舵角操作と、ウインカーコントロールユニット１１２による方向指示器の点滅とが行われ、車線変更は実行される。

上述の処理は、例えば図４に示す場面に適用される内容である。図４に示す場面では、自車両Ａ及び先行車Ｃが走行する自車線Ｌａ４１と、隣接車線Ｌａ４２とからなる２車線道路があり、自車両Ａ及び先行車Ｃの進路上に障害物となる停止車両Ｄが存在している。
なお、ここでは、内容をより分かり易くするために、対向車線や歩道等がない道路とするが、対向車線や歩道等があっても良い。また、ここでは、左側通行を挙げて説明するが、右側通行であっても良い。その際には、左右の関係が逆になるが、本発明は適用される。

図４に示す場面において、自車両Ａの走行中に、撮像装置１２０は、先行車Ｃ、停止車両Ｄ、自車両Ａと先行車Ｃとの車間距離Ｄ１、自車両Ａと停止車両Ｄとの車間距離Ｄ２、各車線を区分する側線Ｌｉｎ４１、Ｌｉｎ４２、Ｌｉｎ４３をそれぞれ検出する。これらの検出処理は、図２に示すルーティンとは別に撮像装置１２０内又は車両制御装置１００内で実行される。

車線及び側線の検出方法として、既に周知された技術が適用されるが、例えば撮像装置１２０により得られた画像情報に対して、適当な色調変換や２値化を施した後にエッジ検出処理を行い、尤度の高いエッジ検出点の線形近似線を得ることで車線及び区分線を認識する。また、先行車Ｃ及び停止車両Ｄについては、撮像装置１２０により得られた画像情報に基づいて、車両の後方と相似な形状やアスペクト比を持つ領域を検出することで車両の存在を認識する。

自車両Ａと先行車Ｃとの車間距離Ｄ１、自車両Ａと停止車両Ｄとの車間距離Ｄ２は、上述の車両認識結果と画像情報における位置とに基づいて算出される。具体的には、撮像装置１２０が２つの撮像素子を備えるステレオカメラからなるので、２つの撮像素子を適当な間隔で設置することにより視差画像を取得し、更に画素上の位置ずれを距離に換算することで車間距離を得ることができる。加えて、このように得られる車間距離を所定の時間間隔で取得した画像情報により繰り返し求めることで、その車間距離の変化を相対速度の変化として算出することができる。算出した相対速度及び自車両Ａの速度を基に、先行車Ｃと停止車両Ｄとの速度をそれぞれ得られる（この場合、停止車両Ｄの速度は零である）。

図４に示す場面では、先行車Ｃが車線変更を行うので、自車両Ａにとって新たな先行車の候補として停止車両Ｄが検出される。先行車Ｃが車線変更を行うまでに、レーダ装置１２１が自車両Ａの側方及び後方に障害物となる他車両等を検出していないので、自車両Ａは車線変更可能な状態となっている。

ここで、制限要因判定部１０１は、自車線Ｌａ４１上に停止車両Ｄが存在していることから、自車線上の制限要因があると判定する。また、制限要因判定部１０１は、先行車Ｃが自車線Ｌａ４１から隣接車線Ｌａ４２へ車線変更したことから、先行車Ｃが停止車両Ｄを避けるために車線変更をしたと推測し、自車線Ｌａ４１を走行するよりも隣接車線Ｌａ４２に車線変更して走行した方が自車両Ａの車速変動が小さいと判定する。これによって、車線選択部１０２は、先行車Ｃを引き続き追従対象とし、隣接車線Ｌａ４２を選択する。そして、自車両Ａは先行車Ｃに続いて車線変更を行う。

すなわち、図４に示す場面では、制限要因判定部１０１は、自車線上の制限要因があると判定する一方、隣接車線Ｌａ４２へ車線変更する先行車Ｃの前方に更なる先行車等の障害物がないため、隣接車線上の制限要因がないと判定する。車線選択部１０２は、制限要因判定部１０１の判定結果に基づき、隣接車線Ｌａ４２を選択する。

一方、上述のステップＳ１０５で隣接車線上の制限要因があると判定した場合、制御処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、制限要因判定部１０１は、自車線上の制限要因に基づいて、自車線を走行した場合の車速変動の予測値（以下、自車線の車速変動予測値という）を算出する。次に、ステップＳ１０８では、制限要因判定部１０１は、隣接車線上の制限要因に基づいて、隣接車線を走行した場合の車速変動の予測値（以下、隣接車線の車速変動予測値という）を更に算出する。

次に、ステップＳ１０９では、制限要因判定部１０１は、ステップＳ１０７で算出した自車線の車速変動予測値と、ステップＳ１０８で算出した隣接車線の車速変動予測値とを比較する。そして、隣接車線の車速変動予測値が自車線の車速変動予測値より大きい場合、制御処理は上述のステップＳ１０４に進み、車線選択部１０２が自車線を選択する。一方、隣接車線の車速変動予測値が自車線の車速変動予測値以下の場合、制御処理は上述のステップＳ１０６に進み、車線選択部１０２が隣接車線を選択する。

上述の処理は、例えば図５に示す場面に適用される内容である。図５に示す場面では、混雑した２車線道路Ｒ５のうち自車線（すなわち、左側車線）Ｌａ５１を走行する先行車Ｅは、隣接車線（すなわち、右側車線）Ｌａ５２へ車線変更している。先行車Ｅの先方には渋滞車群ＰＴがある。渋滞車群ＰＴのうち自車線Ｌａ５１の最後尾に最後尾車両Ｆ、隣接車線Ｌａ５２の最後尾に最後尾車両Ｇがそれぞれ存在している。

図５（ａ）は先行車Ｅが車線変更前の状態、図５（ｂ）は先行車Ｅが車線変更途中の状態、図５（ｃ）は先行車Ｅが車線変更終了の状態をそれぞれ示している。図５（ａ）に示す状態において、撮像装置１２０は、先行車Ｅと最後尾車両Ｇを検出しており、自車両Ａと先行車Ｅとの車間距離ＤＥ、自車両Ａと最後尾車両Ｇとの車間距離ＤＧを算出するとともに、先行車Ｅの速度ＶＥ及び最後尾車両Ｇの速度ＶＧを算出する。このとき、最後尾車両Ｇの速度ＶＧは先行車Ｅの速度ＶＥより低い。

図５（ｂ）に示す状態において、先行車Ｅが車線変更を開始する。そして、先行車Ｅの車線変更途中もしくは車線変更終了後（図５（ｃ）参照）、自車線Ｌａ５１の最後尾にある最後尾車両Ｆが撮像装置１２０によって新たに検出される。撮像装置１２０は、自車両Ａと最後尾車両Ｆとの車間距離ＤＦ、及び最後尾車両Ｆの速度ＶＦを算出する。

図６は先行車Ｅ、最後尾車両Ｆ及び最後尾車両Ｇの速度変化、車線の遷移、車間距離の変化を示すグラフである。図６（ａ）は先行車Ｅの速度ＶＥの変化、図６（ｂ）は最後尾車両Ｆの速度ＶＦの変化、図６（ｃ）は最後尾車両Ｇの速度ＶＧの変化を示しており、図６（ｄ）は先行車Ｅの車線の遷移、図６（ｅ）は最後尾車両Ｆの車線の遷移、図６（ｆ）は最後尾車両Ｇの車線の遷移を示しており、図６（ｇ）は車間距離ＤＥの変化、図６（ｈ）は車間距離ＤＦの変化、図６（ｉ）は車間距離ＤＧの変化を示している。なお、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｅ）、図６（ｆ）、図６（ｈ）及び図６（ｉ）には、先行車Ｅと自車両Ａとの位置関係に因って不検出区間が存在する。

また、図６中の時刻Ｔａは図５（ａ）に示す状態に対応する時刻、Ｔｂは図５（ｂ）に示す状態に対応する時刻、Ｔｃは図５（ｃ）に示す状態に対応する時刻、Ｔｎは現在の時刻を示す。Ｔｎ時に、車線選択部１０２は、制限要因判定部１０１の判定結果に基づき自車両Ａの走行車線を選択する。

時刻Ｔａでは、自車両Ａは車線変更可能な状態になっている。このとき、隣接車線Ｌａ５２を低速で走行する最後尾車両Ｇが撮像装置１２０によって検出される。先行車Ｅの速度ＶＥが最後尾車両Ｇの速度ＶＧより高いので、制限要因判定部１０１は、隣接車線Ｌａ５２に隣接車線上の制限要因があると判定する。

また、制限要因判定部１０１は、最後尾車両Ｇが低速と判定される速度に閾値を設定したり、衝突余裕時間もしくは衝突余裕度に閾値を設定したりすることで判定する。そのような閾値は、例えば速度１０ｋｍ／ｈ未満や速度３０ｋｍ／ｈ未満である場合に低速とみなすような形態、自車両Ａが速度ＶＡで走行している場合に衝突余裕時間が４秒を下回ったり衝突余裕時間の逆数が所定値を上回ったりする形態、乗員に心理的負担を与えない加速度で減速した場合に衝突余裕度が１を下回った形態で設定される。

衝突余裕時間ＴＴＣＧは、例えば隣接車線Ｌａ５２の最後尾車両Ｇの速度ＶＧと自車両Ａの速度ＶＡ、自車両Ａと最後尾車両Ｇとの車間距離ＤＧを用いて、式（１）で算出される。

衝突余裕度ＭＴＣＧは、乗員に心理的負担を与えない加速度としてαを設定したとき、最後尾車両Ｇの速度ＶＧ、自車両Ａの速度ＶＡ、自車両Ａと最後尾車両Ｇとの車間距離ＤＧを用いて、式（２）で算出される。

式（２）において、乗員に心理的負担を与えない加速度αの範囲として、−０．３Ｇ〜−０．０１Ｇの任意の値を取ることができる。このような値は、実験等に基づいて所定の値と設定されても良く、自車両Ａの速度ＶＡに対して変化する値と設定されても良い。また、自車両Ａと先行車Ｅとの速度に応じて、αは必ずしも同じ値と設定される必要はなく、αＡ（自車両Ａ）、αＧ（最後尾車両Ｇ）といったようにそれぞれ異なる値として設定されても良い。

時刻Ｔｂでは、先行車Ｅが車線変更を開始し、最後尾車両Ｇは不検出となるが、制限要因判定部１０１は、隣接車線Ｌａ５２に引き続き制限要因があると判定する。また、この時の最後尾車両Ｇの速度ＶＧと最後尾車両Ｇの加速度、及び時刻Ｔｂにおける先行車Ｅの速度ＶＥと先行車Ｅの加速度から、式（１）及び式（２）に基づいて衝突余裕時間及び衝突余裕度がそれぞれ算出される。

この際に算出された衝突余裕時間が時刻Ｔａで算出された衝突余裕時間より小さい場合、あるいは衝突余裕度が１を下回っている場合、先行車Ｅが最後尾車両Ｇとの衝突を避けるために、少なくとも衝突余裕時間以内に減速を開始すると制限要因判定部１０１により推測される。また、最後尾車両Ｇの速度が零である場合や、先行車Ｅの速度が所定値よりも小であり、かつ先行車Ｅの加速度が先行車Ｅを減速させる範囲にある場合には先行車Ｅが停止すると制限要因判定部１０１により推測される。制限要因判定部１０１は、自車両Ａが先行車Ｅに続いて車線変更すると、先行車Ｅの停止又は減速が推測される限り、自車両Ａの速度ＶＡを先行車Ｅとの衝突余裕時間ＴＴＣＥ内に減速する必要があると判定する。先行車Ｅに続いて車線変更した場合の速度変化予測値をＶＡＥＳＴ２、平均的な加速度変化値ｄαＡＥＳＴ２をｄαＡＥＳＴ２＝ＶＡ÷ＴＴＣＥで求められる。

先行車Ｅの車線変更が終了した時刻Ｔｃでは、新たな先行車として最後尾車両Ｆが検出され、これに合わせて、最後尾車両Ｆと自車両Ａとの衝突余裕時間ＴＴＣＦが算出される。最後尾車両Ｆが停車している場合又は低速で走行している場合、最後尾車両Ｆとの衝突を避けるために自車両Ａが減速する必要があるので、制限要因判定部１０１は、衝突余裕時間ＴＴＣＦ及び衝突余裕度ＭＴＣＦに基づき、自車線Ｌａ５１に自車線上の制限要因があると判定する可能性もある。このとき、自車線Ｌａ５１の速度変化予測値ＶＡＥＳＴ１はＶＡＥＳＴ１＝ＶＡ−ＶＦで算出され、加速度変化値ｄαＡＥＳＴ１はｄαＡＥＳＴ１＝ＶＡ÷ＴＴＣＦで算出される。

上述した算出は、その際に得られた速度や車間距離をそのまま用いることもできる。例えば、１００ｍｓや５０ｍｓ毎に取得した速度の検出結果から自車両Ａ、先行車Ｅ、最後尾車両Ｇ及び最後尾車両Ｆの加速度を算出し、その際に得られた速度や車間距離を初期値として、等加速度で運動した場合の推定速度や推定位置を求めても良い。例えば５秒先や１０秒先といった自車両Ａ、先行車Ｅ、最後尾車両Ｇ及び最後尾車両Ｆの推定速度や推定位置を算出する。このような推定は車両制御装置１００の演算周期毎に繰り返される。演算周期として１０ｍｓ、５０ｍｓ、１００ｍｓが適当であり、すべての演算ルーティンが必ずしも同一の演算周期で実行されるとは限らず、演算ルーティンの役割に応じて変更することができる。

時刻Ｔｎでは、自車線上の制限要因として最後尾車両Ｆが存在し、隣接車線上の制限要因として先行車Ｅが存在するため、制限要因判定部１０１は上記求めた速度変化予測値もしくは加速度変化を比較する。車線選択部１０２は、速度変化予測値又は／及び加速度変化の小さい車線を選択する。

図６において、時刻Ｔｎにおける速度変化予測値がＶＡＥＳＴ１＜ＶＡＥＳＴ２という関係にあり、加えてｄαＡＥＳＴ１＜ｄαＡＥＳＴ２の場合、車線選択部１０２は、自車線Ｌａ５１の走行を継続した方が自車両Ａの車速変動が小さいと判定し、自車線Ｌａ５１を引き続き選択する。

上述の説明では、最後尾車両Ｆと最後尾車両Ｇとが先行車Ｅ及び自車両Ａの障害物になる場合を挙げたが、これに限らず、最後尾車両Ｆ及び最後尾車両Ｇに代えて、信号や停止線であっても良い。例えば、信号の現示が青色の場合、信号や停止線は障害物とはならないため、先行車Ｅの車線変更は、図３で説明した右折の状況と同様である。一方、信号の現示が黄色や赤色である場合、あるいは自車両Ａが該停止線に到着するまでに信号の現示が青色から黄色や赤色に変わるような場合、上述の最後尾車両Ｇ及び最後尾車両Ｆの状況と同様である。

以上のように、制限要因判定部１０１は、自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因の双方を検出したとき、それぞれの制限要因に基づいて車速変動予測値をそれぞれ算出し、車線選択部１０２は、算出された車速変動予測値に基づき、車速変動予測値が小さくなる車線を選択することで、自車両Ａの車速変動を抑制し、もって燃料消費の少ない走行を提供することができる。

そして、図２に示すように、上述のステップＳ１０４又はステップＳ１０６が終わると、一連の制御処理は終了する。

以上のように構成された車両制御装置１００では、制限要因判定部１０１を備えることで、先行車の加減速、先行車の車線変更の原因を推測し、自車線を引き続き走行すべきか、隣接車線に車線変更すべきかを的確に判定することが可能になる。このため、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

本実施形態では、エンジンを主たる動力源として用いる車両を挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、電動機を動力源とする車両であっても良い。そして、車両が電力によりモータを駆動して走行する電気自動車の場合、電力消費量の削減を期待できる。また、本実施形態の自動運転システム１を搭載する車両は、運転に関する一切の操作をドライバが行う必要のない車両であっても良く、一部操作をドライバが担当する車両であっても良い。

なお、本実施形態における隣接車線上の制限要因及び自車線上の制限要因については、上述した内容のほか、自車両の様々な走行場面に対応してその判定は異なる。以下、図７〜図１０を参照してそれを説明する。

＜隣接車線上の制限要因の判定について＞
例えば、制限要因判定部１０１は、隣接車線を走行する車両の交通密度もしくは平均速度を算出し、算出した交通密度が設定交通密度以上である場合もしくは算出した平均速度が所定値未満である場合、隣接車線上の制限要因があると判定する。

具体的には、図７に示すように、自車線（すなわち、左側車線）Ｌａ７１に先行車Ｈが存在しており、隣接車線（すなわち、右側車線）Ｌａ７２に先行車Ｉ１と自車両Ａの後方を走行する後続車Ｉ２とが存在する。この場合、隣接車線Ｌａ７２を走行する車両の平均速度として、先行車Ｉ１の速度ＶＩ１と後続車Ｉ２の速度ＶＩ２との平均値ＶＩａを用いることができる。また、上述の式（２）の速度ＶＧに平均値ＶＩａを代入して衝突余裕度を算出することができる。そして、算出した衝突余裕度が１を下回るような場合、制限要因判定部１０１は、隣接車線上の制限要因があると判定しても良い。

また、算出した平均値ＶＩａが所定値未満である場合、制限要因判定部１０１は隣接車線上の制限要因があると判定しても良い。例えば、平均値ＶＩａと自車両Ａの速度ＶＡとの差を求め、求めた差が自車両Ａと先行車Ｈとの相対速度よりも大きく、且つＶＩａ＜ＶＡの場合、制限要因判定部１０１は隣接車線上の制限要因があると判定しても良い。

一方、隣接車線Ｌａ７２を走行する車両の交通密度Ｋは、自車両Ａと先行車Ｉ１との車間距離ＤＩ１、自車両Ａと後続車Ｉ２との車間距離ＤＩ２、及び自車両Ａの車長ＬＡを用いて式（３）で算出することができる。

式（３）において、Ｓは車間距離ＤＩ１、車間距離ＤＩ２及び車長ＬＡの和であり、車間距離ＤＩ１、車間距離ＤＩ２及び車長ＬＡの単位はそれぞれメートル（ｍ）である。そして、式（３）で算出した交通密度Ｋが設定交通密度（例えば２５台／ｋｍ）以上である場合、制限要因判定部１０１は隣接車線上の制限要因があると判定する。設定交通密度は、例えば道路の臨界交通密度であって道路毎に測定され、地図情報取得部１２６と対応付けて記憶される値であっても良く、あるいは自車両位置情報取得部１２５に基づいて参照する方式であっても良く、もしくは代表的な値として２５台／ｋｍや２０台／ｋｍと設定されても良い。

なお、交通密度Ｋは、先行車Ｉ１と後続車Ｉ２とからなる車組が検出される毎に算出される。例えば自車両Ａが先行車Ｉ１を追い越し、その先に新たな隣接車線Ｌａ７２の先行車が検出される場合、あるいは自車両Ａが後続車Ｉ２に追い越され、更に後続車が検出される場合、交通密度Ｋはそれぞれ算出される。また、所定時間毎に再計算して複数回の算出結果の平均値を取り、取った平均値を交通密度Ｋとしても良く、あるいは直近の検出値の重みを大きくして過去の検出値を削除し、その直近の検出値を交通密度Ｋとしても良い。

このようにすれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

また、隣接車線が対向車線である場合、制限要因判定部１０１は、対向車線を走行する対向車から自車両までの距離と、対向車と自車両との相対速度に基づいて衝突余裕時間を算出し、算出した衝突余裕時間が所定値未満の場合、隣接車線上の制限要因があると判定する。

具体的には、例えば図８に示すように、片側１車線の道路である自車線Ｌａ８１に先行車Ｊが存在しており、隣接車線である対向車線Ｌａ８２に対向車Ｌが存在する。自車両Ａが車線変更して対向車Ｌと衝突せずに先行車Ｊの前方へ進入したいとき、制限要因判定部１０１は、自車両Ａと先行車Ｊとの車間距離ＤＪ、先行車Ｊの車長ＬＪ、先行車Ｊの前方に先行車Ｊにとって十分な車間時間を確保できる車間距離ＤＪｆ、及び自車両Ａの車長ＬＡに基づいて、必要追い越し距離ＤＲＥＱを算出する。車間距離ＤＪｆは、先行車Ｊの速度ＶＪに車間時間を乗算することで算出される。例えば速度ＶＪが１０ｍ／ｓのとき、車間時間３秒を確保するのであれば、車間距離ＤＪｆは３０ｍとなる。

先行車Ｊの車長ＬＪは、撮像装置１２０により検出された先行車Ｊの車高や車幅に基づき、車両種別毎に分類される７ｍ、１５ｍ、２５ｍといった値と設定されている。なお、ここで、通信装置１２２を介して先行車Ｊの車長ＬＪを取得可能な場合は、取得した値を使用しても良い。また、車両種別が分類できない場合、制限要因判定部１０１は、その時点で対向車線上の制限要因（すなわち、隣接車線上の制限要因）があると判定しても良い。更に、車両種別が分類できない車両については、その車長に最長の分類結果の値を採用するようにしても良い。

このように算出された必要追い越し距離ＤＲＥＱと、自車両Ａが車線変更中に走行する距離ＤＬＣの２倍と、自車両Ａが一連の追い越しを完了する間の平均速度の推定値に基づいて、追い越し時間ＴＯＴは算出される。また、衝突余裕時間は、自車両Ａの速度ＶＡ、対向車Ｌの速度ＶＬ、及び自車両Ａと対向車Ｌとの車間距離ＤＬに基づいて上記式（１）で算出される。そして、制限要因判定部１０１は、算出した追い越し時間ＴＯＴと衝突余裕時間とを比較し、追い越し時間ＴＯＴが衝突余裕時間より小さな場合、対向車線上の制限要因があると判定する。

このように自車両Ａが走行する道路が片側１車線の道路であり、対向車線Ｌａ８２に対向車Ｌが存在する場合において、制限要因判定部１０１は自車両Ａが先行車Ｊを追い越しできるか否かを判定し、車線選択部１０２は車速変動が小さい走行経路として選択する。
これによって、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

＜自車線上の制限要因の判定について＞
例えば、制限要因判定部１０１は、自車線に先行車が検出されない状態から検出される状態となった際に、先行車に対する衝突余裕度を算出し、算出した衝突余裕度が所定値より小さい場合、自車線上の制限要因があると判定する。

具体的には、図９に示すように、自車両Ａが１車線道路（すなわち、自車線）Ｌａ９を走行しており、自車線Ｌａ９に先行車Ｍがない（言い換えれば、先行車Ｍが検出されていない）状態（図９（ａ）参照）から、先行車Ｍに追いつく（言い換えれば、先行車Ｍが検出される）状態（図９（ｂ）参照）になる。図９において、１車線道路を示しているが、複数車線の道路であっても良い。

図１０は図９における自車両Ａの速度ＶＡと先行車Ｍの速度ＶＭとの変化を示すグラフである。時刻Ｔ１は図９（ａ）に示す状態に対応しており、時刻Ｔ２は図９（ｂ）に示す状態に対応する。時刻Ｔ１では先行車Ｍが検出されていないが、時刻Ｔ２の時点で先行車Ｍが検出されている。そして、検出された先行車Ｍが低速である（すなわち、ＶＡ＞ＶＭ）場合、制限要因判定部１０１は、衝突余裕度を上述の式（２）で算出し、算出した衝突余裕度が１を下回る場合、自車両Ａが衝突を回避するために減速を開始すべきと判定し、すなわち自車線上の制限要因があると判定する。

このようにすれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

また、制限要因判定部１０１は、自車線を走行する先行車と自車両との車間距離が所定値未満となる状態が所定時間継続する場合、もしくは、予め設定された速度又は自車線の制限速度に対して自車両の速度が所定値未満の状態が同じく所定時間継続する場合、自車線上の制限要因があると判定する。

ここでの所定値とは、臨界交通密度となる車両密度に相当する車間距離である。例えば、臨界交通密度が２５台／ｋｍの場合、車長が零であればその所定値は４０ｍとなる。また、車長として５ｍや１０ｍを仮定しても良く、その場合の所定値は３５ｍや３０ｍといった値を取ることができる。一方、臨界交通密度が２０台／ｋｍの場合、上記所定値は５０ｍ、４５ｍ、４０ｍといった値を取ることができる。すなわち、上記所定値として３０ｍ〜５０ｍの範囲に分布した任意の車間距離と設定しても良い。

臨界交通密度とは、それ以上の交通密度となる場合に平均速度の低下を招き、交通量を得られない車両密度であり、換言すれば、走行経路における最大の交通量が得られる交通密度である。

また、ここでの所定時間は、２０秒〜１２０秒の範囲にある任意の値であっても良く、例えば４０秒や２５秒と設定されても良い。そして、自車両が時速１００ｋｍ／ｈで走行する場合、安全と思われる視距として４４０ｍを設定し、上記所定時間を時速４０ｋｍ／ｈや６０ｋｍ／ｈで走行した場合に要する時間である。すなわち、ドライバが自車両の進路上の障害物を認識して状況を把握するのに十分な時間以上と設定されていれば良い。一方、時間が長時間に設定されるほど自車両が車線変更を行う機会が減少するので、自車両の車速変動を抑制して、燃費悪化を抑制できる効果が減少する可能性がある。

また、予め設定された速度又は自車線の制限速度に対して自車両の速度が所定値未満の状態は、例えばドライバが設定した速度や経路の制限速度に対して０．６１倍や０．３７倍未満の状態である。ここでの０．６１倍は、走行経路の交通密度と空間平均速度の関係である、下記式（４）（Ｄｒａｋｅの式）と式（５）（Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄの式）にｋ／ｋ_ｃ＝１を代入した臨界交通密度となる速度に相当し、任意の速度ｖ_ｆの係数となる。

式（４）中のｖは所定値未満と判断するための速度であり、ｖ_ｆは自由速度、すなわちドライバが設定した速度や経路の制限速度である。式（４）中のｅｘｐ（−１／２（ｋ／ｋ_ｃ）^２）にｋ／ｋ_ｃ＝１を代入すると、ｅｘｐ（−１／２）となり、その結果は約０．６１となる。同様に、式（５）にｋ／ｋ_ｃ＝１を代入すると、結果は約０．３７となる。

式（４）及び式（５）中のｋは交通密度であり、ｋ_ｃは臨界交通密度である。すなわち、交通密度が臨界交通密度を超えると渋滞になるので、その走行経路の平均的な走行速度が低下し、自車線上の制限要因があると制限要因判定部１０１によって判定される。そして、ドライバが設定した速度や経路の制限速度に対して０．６１倍や０．３７倍未満の状態が同じく所定時間続いた場合における所定時間も、車間距離と同様に、２５秒や４０秒といった値と設定される。

このようにすれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図１１は第２実施形態に係る車両制御装置が適用された自動運転システムを示す概略構成図である。本実施形態の自動運転システム１Ａは、車両制御装置１００Ａの構成、より詳細に説明すると制限要因判定部２００の構成において上述の第１実施形態と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様のため、重複説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の車両制御装置１００Ａの制限要因判定部２００は、ショートトリップ判定部２０１、平均速度演算部２０２、最高速度履歴保持部２０３、最高速度変化パタン分類部２０４、車間距離履歴演算部２０５、車速割合演算部２０６、各演算部の演算結果に基づく推論を実行するファジィ（Ｆｕｚｚｙ）推論器２０７、及び、ファジィ推論器２０７の推論結果に基づいて交通状態を推定する交通状態推定部２０８を備えている。

このような構造を有する制限要因判定部２００は、自車両の速度履歴、発進から停止までをショートトリップとしたときに到達した最高速度、ショートトリップの走行時間、ショートトリップの走行時間に対する先行車を検出した時間の割合、ショートトリップの走行時間に対するショートトリップ中に検出した先行車との車間距離が所定値未満となった時間の割合、複数回のショートトリップにおける最高速度の平均値に対する現在の走行速度の割合、及び、発進後に最高速度に到達した後に停車を経験していない状態（すなわち、ショートトリップが完結していない現トリップ中）における最高速度を更新してからの経過時間のうち、少なくとも一つに基づいて推論を実施し、得られた推論結果に基づき自車線上の制限要因を判定する。

具体的には、制限要因判定部２００は、制限要因として自車両の走行する経路（言い換えれば、自車線）の交通状態を推定し、この状態が暫く先も継続することを仮定しつつ、それを自車両の進路に存在する制限要因とする。暫く先というのは、例えば交差点、合流地点、車線数が減少あるいは増加する地点、トンネル、サグ、料金所、バス停、電停、工事現場等交通のボトルネックとなり得る地点までのことであり、例えば３００ｍ先に信号による交通整理が実施される交差点が存在する場合、そこまでに亘る区間であることを意味する。

図１２は走行経路の交通状態の推定に関する自車両の速度及び車間距離を示すグラフである。図1２下段の車間距離を示すグラフには、ところどころに空白期間が存在している。これは、自車両の前方に先行車が存在しないことで、車間距離が計測されないからである。

ショートトリップ判定部２０１は、自車両の速度に基づき、発進から停車までの区間をショートトリップとして抽出する。図１２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ４までの区間、時刻ｔ５から時刻ｔ９までの区間は、それぞれショートトリップ区間として抽出される。一方、時刻ｔ１０からｔ１３までの区間は、時刻ｔ１０で自車両が発進して速度が増加したものの、時刻ｔ１３で停車に至っておらず、ショートトリップとしては完結していない現トリップ中の状態である。ショートトリップの走行時間は、それぞれのショートトリップ区間の始まりと終わりの時刻の差であるため、例えばｔ４−ｔ１のように求めることができる。

ショートトリップの判定は、自車両が走行中であるか停止中であるかに基づいてショートトリップ判定部２０１に行われる。すなわち、自車両の速度が零であるときは停止中であり、一方、自車両の速度が零より大きい場合であってその状態が連続する限り、ショートトリップ時間は増加していくことになる。

平均速度演算部２０２は、上述したショートトリップ中の自車両速度の平均値を算出する。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの速度の検出結果で示される図形で囲まれた面積をｔ４−ｔ１で求められるショートトリップ時間で除したものが、時刻ｔ１から時刻ｔ４までのショートトリップ区間における平均速度である。

最高速度履歴保持部２０３は、各ショートトリップにおける最高速度を記録し、最新から複数回前のショートトリップを遡って参照できるように保持する。例えば、最高速度履歴保持部２０３は、最新のショートトリップから過去３回や５回のようなショートトリップの最高速度を保持する。また、この最高速度履歴保持部２０３は、Ｖｔ３、Ｖｔ７、Ｖｔ１１のようにショートトリップ中のいずれかの時刻に検出されたそのトリップにおける最高速度を保持する。

最高速度変化パタン分類部２０４は、最高速度履歴保持部２０３で保持した複数回の最高速度履歴を遡って参照し、その大小関係の変化に基づいて単調増加になる、単調減少になる、変化がない、直前のみが増加、直近が変化しない等のように大小関係の変化をパタン分けする。そして、最高速度が厳密に同じ値となるのがまれであるため、変化しないと判断するために、速度に幅を持たせることが好適である。例えば２つの速度差が５ｋｍ／ｈ未満の場合に変化がないと解釈する等の方法が挙げられる。最高速度変化パタン分類部２０４は、少なくとも過去３回分ないし過去５回、又は過去１０回といったようなショートトリップについてこのパタンを分類し出力する。

車間距離履歴演算部２０５は、図１２下段のグラフに示す車間距離の計測結果を参照する。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ４までのショートトリップ区間に着目すると、車間距離は時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、時刻ｔ３から時刻ｔ４までといった具合に必ずしもショートトリップ区間の全域にわたって計測されるとは限らないため、ショートトリップ時間とは別に先行車を検出してから見失うまでの時間について、先行車を検出していた時間として計測する。また、カーブや勾配によって瞬間的に先行車を見失う場合がある。このようなことも想定されるために、先行車を検出していた時間の算出は、先行車を見失った時点で直ちにその計測をリセットするよりも、所定時間の経過をもって計測をリセットする方法も考えられる。このような所定時間としては３０秒や６０秒といった時間が適当であり、自車両の速度によって可変にすることでも良い。また、自車両が停止している際、リセットをより長時間で行うようにしても良く、停止時間分は先行車を検出していた時間として計測せず、自車両の速度が零より大きい場合に検出時間を計測するようにしても良い。

この車間距離履歴演算部２０５は、このように先行車を検出していた時間を算出し、加えて、その車間距離が所定値Ｄｔｈ未満となっていた時間が上記先行車を検出していた時間のどの程度の割合になるかを算出する。所定値Ｄｔｈは、上述したように４０ｍや５０ｍといった値に設定されても良い。

車速割合演算部２０６は、上述した車間距離と同様に速度が少なくとも零より大きい時間に対して、所定速度Ｖｔｈ未満で走行した時間の割合を算出する。所定値Ｖｔｈは、上述したようにドライバが設定した速度や制限速度の０．６１倍や０．３７倍といった値に設定されても良い。

ファジィ推論器２０７は、以上に述べたショートトリップ判定部２０１及び各演算部で算出した結果等に基づき、交通状態を推論する。具体的には、ファジィ推論器２０７は、ショートトリップ時間に対してその平均速度が低速ほど、自車両の走行経路は混雑状態にあるという推論や、先行車を検出していた時間が長く且つその車間距離が所定値未満となる割合が大きいほど経路は混雑しているという推論を行う。ファジィ推論器２０７は、このような推論をファジィ推論ルールとしていくつか設定し、これに対応する図１３に示すようなメンバーシップ関数によりその適合度を評価し、重心法等により交通状態の推定結果を算出する。メンバーシップ関数は、図１３に示すような台形や三角型の関数を用いることで演算処理を簡素化できるが、使用するマイクロコンピュータの演算能力が高く、リソースに余裕がある場合、この限りではない。

ファジィ推論のルールとして、例えば下記５つの内容が挙げられる。この場合、必ずしもすべてのルールが必要ではなく、いくつかの組み合わせであっても良い。

１つ目は、自車両の速度が所定速度Ｖｔｈ未満で走行した時間割合が大きく、自車両の速度の平均値が小さい場合、混雑度が高いことである。２つ目は、先行車を検出していた時間が長く、車間距離が所定値Ｄｔｈ未満となった時間割合が高い場合、混雑度が高いことである。３つ目は、先行車を検出していた時間が長く、最高速度を検出したときからの経過時間が長い場合、混雑度が高いことである。４つ目は、最高速度が連続して低下しているほど混雑度が高いことである。５つ目は、直近のショートトリップ最高速度と比較して現在の旅行速度が低速ほど混雑度が高いことである。

これらのルールでは混雑度が高い場合を述べたが、逆の状態は閑散度が高いと言える。
混雑度や閑散度は、上述したルールの適合度合いが高いほど高い値を示す零から１に正規化した数値として得られる。例えば、図１３では、ショートリップ時間として２０秒、ショートリップ平均速度が経路の制限速度の０．６倍であったとすると、それぞれショートトリップ時間に基づき、混雑度及び閑散度としてともに０．６が算出されており、ショートトリップ平均速度に基づき、混雑度として０．８、閑散度として０．２がそれぞれ算出される。これらの最小値を取り、混雑度０．６及び閑散度０．２がこのルールにおける推論結果である。そして、図１４に示すように重心位置を算出し、この重心位置を換算して交通状態の推定結果とする。

交通状態推定部２０８は、以上のように推論した混雑度と閑散度に基づき、図１４に示すように重心を交通状態推定値とし、推定値を入力とする関数から交通流速度を推定する。交通流速度は、ドライバが設定した速度や経路の制限速度の何倍かといった形に設定されても良く、時速４０ｋｍ／ｈというような形に設定されても良い。このような関数は交通状態の推定値に線形な関数やテーブル関数、多項式等を利用できる。

以上の結果に基づいて、制限要因判定部２００は、自車両の走行する経路の交通流速度が低速な場合、自車線上の制限要因があると判定する。ここでの低速とは、上述したように、ドライバが設定した速度や制限速度の０．６１倍や０．３７倍を下回る場合をいう。

本実施形態の車両制御装置１００Ａによれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

なお、制限要因判定部の判定について、上述した内容のほか、様々な変形例が考えられる。

＜変形例１＞
変形例１では、制限要因判定部は、隣接車線を走行する車両の平均速度、隣接車線を走行する車両を追い越した回数又は追い越された回数、及び、隣接車線を走行する車両の到着頻度又は到着間隔のうち少なくとも一つに基づいて推論を行い、得られた推論結果に基づき隣接車線上の制限要因があるか否かを判定する。

隣接車線上の制限要因を判定するために、例えば次の４つのルールが挙げられる。この場合、必ずしもすべてのルールが必要ではなく、いくつかの組み合わせであっても良い。
また、これらとは異なる新たなルールが追加されても良い。

１つ目は、隣接車線を走行する車両の平均速度が低速ほど隣接車線の混雑度が高いことである。２つ目は、隣接車線を走行する車両の平均速度が低速であり、且つ自車両が隣接車線の車両を追い越す回数が多いほど、隣接車線の混雑度が高いことである。３つ目は、少なくとも自車両が走行しており、且つ隣接車線の自車両の隣に到着する車両の数が多いほど、隣接車線の混雑度が高いことである。４つ目は、隣接車線の車両の到着間隔の平均値が小さいほど隣接車線の混雑度が高いことである。

制限要因判定部は、上記のルールの複数を組み合わせることで隣接車線の混雑度及び閑散度を評価し、隣接車線の交通流速度が低速である場合、隣接車線上の制限要因があると判定する。なお、ここでの低速とは、上述したように、ドライバが設定した速度や制限速度の０．６１倍や０．３７倍を下回る場合をいう。

本変形例によれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

＜変形例２＞
変形例２では、制限要因判定部は、自車両から公共交通機関拠点までの道のり距離を算出し、算出した公共交通機関拠点までの道のり距離が所定値未満であって、自車線を走行する先行車の速度が公共交通機関拠点に向けて低下し続ける場合、自車線上の制限要因があると判定する。

具体的には、図１５に示すように、バス停ＢＳＴＰへ向けて先行車（ここでは、先行車はバスである）ＢＳが減速しており、自車両Ａが先行車ＢＳに追従している。このとき、制限要因判定部は、自車両位置情報取得部１２５及び地図情報取得部１２６を介して、自車両Ａの位置及び自車両Ａの周辺の地図情報を取得し、取得した情報に基づいて、バス停ＢＳＴＰまでの道のり距離ＤＢＳＴＰを算出する。道のり距離ＤＢＳＴＰが所定値未満であり、且つ先行車ＢＳと自車両Ａの車間距離ＤＢＳが道のり距離ＤＢＳＴＰ以下である場合、制限要因判定部は、取得した先行車ＢＳの速度ＶＢＳに基づいて先行車ＢＳの加速度を算出する。算出した加速度が負であり、且つ先行車ＢＳの予測される停車位置がバス停ＢＳＴＰから所定値内にある場合、制限要因判定部は、先行車ＢＳがバス停ＢＳＴＰに向けて停車を行う可能性が高いと推測し、自車線上の制限要因があると判定する。

停車位置がバス停ＢＳＴＰから所定値内の所定値とは、先行車ＢＳの車長を基準に決定される距離であり、２０ｍや５０ｍといった値が適当である。２０ｍはおおむね一般的な乗合自動車と考えられる車長であり、５０ｍはそのような乗合自動車が複数台停車していると考えられる場合における最後尾車両の位置である。なお、公共交通機関拠点として、バス停ＢＳＴＰのほか、自車両Ａが走行する経路の先にあるタクシー乗り場、電停等が挙げられる。これらの場合も上述した制限要因判定部の判定は適用される。

また、上述した制限要因判定部の判定は、公共交通機関拠点に代えて信号機と停止線の場合にも適用される。例えば、自車両Ａの前方にある信号機の現示が赤や黄色である場合、制限要因判定部は、停止線までの距離に基づいて先行車の加速度と速度を算出し、先行車が所定範囲に停車すると推測し、自車線上の制限要因があると判定する。また、制限要因判定部は、通信装置１２２を介して信号の現示、次の現示に至るまでの残り時間、現示のスケジュールを取得しても良い。制限要因判定部は、取得した情報を基に信号の現示周期を演算し、自車両Ａが停止線へ到着する時点での現示を予測しても良い。

本変形例によれば、上記第１実施形態と同様に、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現することができる。

＜変形例３＞
変形例３では、制限要因判定部は、通信装置１２２を介して自車線及び隣接車線を走行する先行車から送信された制限要因情報を取得し、取得した制限要因情報に基づいて自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因があるか否かを判定する。このようにすれば、自車両の撮像装置１２０やレーダ装置１２１を介して取得した情報に加えて、他車両から取得した制限要因情報に基づいて判定することにより、判定の精度を高めることができる。その結果、自車両の車速変動を小さくできる車線を選択できるので、自車両にとって燃費の良い走行を実現し易くなる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の自動運転システムは、第１実施形態の自動運転システム１と同じ構造を有するが、駆動力制御部１０３が駆動力の補正を行う点において第１実施形態と異なっている。具体的には、制限要因判定部１０１で自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因があると判定され、且つ自車線の先行車が車線変更した場合、駆動力制御部１０３は自車両の速度を直前の状態に維持するように駆動力の補正を行う。以下、図１６及び図５を参照して詳細に説明する。

図５（ａ）に示す状態おいて、自車両Ａと先行車Ｅとの車間距離ＤＥに基づき、自車両Ａが先行車Ｅに衝突しない目標速度が設定されている。図５（ｂ）に示す状態おいて、先行車Ｅの車線変更開始から終了までは、先行車Ｅを基にした目標速度が設定されている。
例えば、図１６に示す時刻Ｔｂから時刻Ｔｃまでの過程は、先行車Ｅを基にした目標速度が設定されている。

図５（ｃ）に示す状態おいて、先行車Ｅの車線変更終了になると、自車両Ａは引き続き自車線Ｌａ５１を選択し走行するため、追従走行における障害物が最後尾車両Ｆに変化する。このとき、最後尾車両Ｆと自車両Ａの車間距離ＤＦは、これまでの障害物であった先行車Ｅとの車間距離ＤＥよりも大きい。従って、図１６に示す時刻Ｔｃから、車間距離ＤＦを短縮するための目標速度が新たに設定され、すなわち図１６中の実線（比較例）で示すような速度が設定される。

最後尾車両Ｆが停止している場合、自車両Ａは最後尾車両Ｆとの衝突を避けるために減速する。これによって、その速度変化は比較例として示すように変化する。ここで、図１６中の一点鎖線（実施例）で示すように、車間距離ＤＦに関係なくその速度変化が小さくなるように目標速度を設定し、自車両の速度が直前の速度と同じになるようにすることで、自車両Ａの車速変動が抑制され、燃費悪化を抑制できる走行を実現できる。

このように、自車両の前方にできた空間を直ちに詰めることなく、目標速度を生成し、その目標速度に従って駆動力制御部１０３が自車両Ａの速度を直前の状態に維持するように駆動力の補正を行うことで、自車両の車速変動が抑制され、燃費悪化を抑制できる走行を実現できる。

以上、本発明の好適な実施形態について図面を参照し詳述した。図面はその機能、構成、寸法の詳細を示したものでは無く、直接関係の無い要素や機能の重複と思われるものについては図示の省略、簡略化がなされてある。本発明のある実施形態において説明の無い制御や機能は、当業者であれば、従来公知の手段により達成可能なものであると思料する。本発明は必ずしも説明したすべての構成が含まれることによって特徴づけられるものでは無く、説明した実施形態の構成に限定されるものでは無い。ある実施形態の一部を別の実施形態に置き換えることが可能であり、その特徴を著しく変更しない限り各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換が可能である。

１，１Ａ 自動運転システム
１００，１００Ａ 車両制御装置
１０１，２００ 制限要因判定部
１０２ 車線選択部
１０３ 駆動力制御部
１１０ 走行実行ユニット
１１１ ステアリングコントロールユニット
１１２ ウインカーコントロールユニット
１１３ エンジンコントロールユニット
１１４ ブレーキコントロールユニット
１１５ 車内ネットワーク
１２０ 撮像装置
１２１ レーダ装置
１２２ 通信装置
１２３ 車速センサ
１２４ 舵角センサ
１２５ 自車両位置情報取得部
１２６ 地図情報取得部
１３０ ヒューマンマシンインタフェース
１３１ 自動運転スイッチ
１３２ スピーカ装置
１３３ 表示装置
１３４ 入力装置
２０１ ショートトリップ判定部
２０２ 平均速度演算部
２０３ 最高速度履歴保持部
２０４ 最高速度変化パタン分類部
２０５ 車間距離履歴演算部
２０６ 車速割合演算部
２０７ ファジィ推論器
２０８ 交通状態推定部

Claims (13)

1. 自車線に自車両の走行を制限する自車線上の制限要因と、前記自車線に隣接する隣接車線に前記自車両の走行を制限する隣接車線上の制限要因とがあるか否かを判定する制限要因判定部と、
   前記制限要因判定部の判定結果に基づき、前記自車両の走行する車線を選択する車線選択部と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記制限要因判定部で自車線上の制限要因がないと判定された場合、前記車線選択部は、前記自車両が走行してきた前記自車線を引き続き選択する請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記制限要因判定部で自車線上の制限要因があって、且つ隣接車両上の制限要因がないと判定された場合、前記車線選択部は、前記隣接車線を選択する請求項１に記載の車両制御装置。
4. 前記制限要因判定部は、自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因があると判定したとき、それぞれの制限要因に基づいて車速変動予測値をそれぞれ算出し、
   前記車線選択部は、算出された車速変動予測値に基づき、車速変動予測値が小さくなる車線を選択する請求項１に記載の車両制御装置。
5. 前記制限要因判定部は、前記隣接車線を走行する車両の交通密度もしくは平均速度を算出し、算出した交通密度が設定交通密度以上である場合もしくは算出した平均速度が所定値未満である場合、隣接車線上の制限要因があると判定する請求項１又は４に記載の車両制御装置。
6. 前記隣接車線が対向車線であり、
   前記制限要因判定部は、前記隣接車線を走行する対向車に対する衝突余裕時間を算出し、算出した衝突余裕時間が所定値未満の場合、隣接車線上の制限要因があると判定する請求項１又は４に記載の車両制御装置。
7. 前記制限要因判定部は、前記自車線に先行車が検出されない状態から検出される状態となった際に、前記先行車に対する衝突余裕度を算出し、算出した衝突余裕度が所定値より小さい場合、自車線上の制限要因があると判定する請求項１、３及び４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
8. 前記制限要因判定部は、前記自車線を走行する先行車と前記自車両との車間距離が所定値未満となる状態が所定時間継続する場合、もしくは、予め設定された速度又は前記自車線の制限速度に対して前記自車両の速度が所定値未満の状態が同じく所定時間継続する場合、自車線上の制限要因があると判定する請求項１、３及び４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
9. 前記制限要因判定部は、ファジィ推論に基づいて自車線上の制限要因があるか否かを判定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
10. 前記制限要因判定部は、前記隣接車線を走行する車両の平均速度、前記隣接車線を走行する車両を追い越した回数又は追い越された回数、及び、前記隣接車線を走行する車両の到着頻度又は到着間隔のうち少なくとも一つに基づいて推論を行い、得られた推論結果に基づき前記隣接車線上の制限要因があるか否かを判定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
11. 前記制限要因判定部は、前記自車両から公共交通機関拠点までの道のり距離を算出し、算出した公共交通機関拠点までの道のり距離が所定値未満であって、前記自車線を走行する先行車の速度が前記公共交通機関拠点に向けて低下し続ける場合、自車線上の制限要因があると判定する請求項１、３及び４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
12. 前記制限要因判定部は、通信手段を介して前記自車線及び前記隣接車線を走行する先行車から送信された制限要因情報を取得し、取得した制限要因情報に基づいて自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因があるか否かを判定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両制御装置。
13. 前記車線選択部により選択された車線に基づき、前記自車両の駆動力を制御する駆動力制御部を更に備え、
    前記制限要因判定部で自車線上の制限要因及び隣接車線上の制限要因があると判定され、且つ前記自車線の先行車が車線変更した場合、
    前記駆動力制御部は、前記自車両の速度を直前の状態に維持するように駆動力の補正を行う請求項１又は４に記載の車両制御装置。

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